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稀有金属材料与工程 2010年第5期39卷 781-786页

作者：贾蔚菊曾卫东刘建荣王青江周义刚西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072 中国科学院金属研究所辽宁沈阳110016

研究ti60高温钛合金在600～750℃范围内的氧化行为。氧化增重试验及XRD、SEM分析结果表明,ti60合金在600～750℃范围内氧化0～100h条件下,由Wagner的氧化经验公式计算得氧化指数n在1～2之间,氧化激活能为256kJ/mol,氧化符合线性-抛物线... 详细信息

研究ti60高温钛合金在600～750℃范围内的氧化行为。氧化增重试验及XRD、SEM分析结果表明,ti60合金在600～750℃范围内氧化0～100h条件下,由Wagner的氧化经验公式计算得氧化指数n在1～2之间,氧化激活能为256kJ/mol,氧化符合线性-抛物线混合规律。在600℃氧化100h及750℃氧化10h,氧化产物为tiO2,经750℃、100h长时间氧化后,表面有少量Al2O3生成,氧化物优先沿原始β晶界形核。氧除了会在试样表面形成氧化层外,还会向基体中扩散形成脆性富氧层,从而影响合金力学性能。随着氧化温度的升高和时间的延长,富氧层厚度增厚。

关键词： ti60高温钛合金氧化富氧层

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激光熔覆ti60合金的工艺参数优化及组织性能研究

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中国激光 2024年第12期51卷 94-104页

作者：舒宗富黄春平张耀祖刘丰刚南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室中国航空研究院研究生院

主要研究了激光熔覆ti60合金的工艺参数对成形质量的影响，以及微观组织特征和拉伸性能。结果表明，激光熔覆ti60合金试样的底部和顶部区域为β等轴晶粒，中部区域为β柱状晶，且尺寸随着激光功率的增加而增大。显微组织主要由板条α相... 详细信息

主要研究了激光熔覆ti60合金的工艺参数对成形质量的影响，以及微观组织特征和拉伸性能。结果表明，激光熔覆ti60合金试样的底部和顶部区域为β等轴晶粒，中部区域为β柱状晶，且尺寸随着激光功率的增加而增大。显微组织主要由板条α相和板间β相构成，且板条α相中有大量白色析出相产生，随着激光功率的增加，微观组织由网篮组织转变为魏氏组织。块体试样的显微硬度分布较为均匀，其硬度值在420～440 HV范围内波动。激光熔覆ti60合金的室温抗拉强度为1128 MPa，断后延伸率和断面收缩率分别为8.8%和14.4%。当温度为300℃和600℃时，抗拉强度分别为932 MPa和739 MPa，在600℃时，断后延伸率和断面收缩率分别为11.7%和18.2%。激光熔覆ti60合金试样在室温下的断裂方式为准解理断裂，高温下其断裂方式为韧性断裂。

关键词：激光技术 ti60高温钛合金激光熔覆工艺参数优化微观组织拉伸性能

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超声冲击辅助激光熔覆ti60的组织及性能研究

超声冲击辅助激光熔覆Ti60的组织及性能研究

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作者：张耀祖南昌航空大学

学位级别：硕士

ti60高温钛合金是为应对高温高压的工作条件而研制的专用材料,因其优异的高温性能而被确定为航空发动机压气机整体叶盘的候选材料之一。然而,ti60合金的传统成形工艺成本高且高温性能较差,而激光熔覆技术具有高效、无模具近净成形和制... 详细信息

ti60高温钛合金是为应对高温高压的工作条件而研制的专用材料,因其优异的高温性能而被确定为航空发动机压气机整体叶盘的候选材料之一。然而,ti60合金的传统成形工艺成本高且高温性能较差,而激光熔覆技术具有高效、无模具近净成形和制备的零部件性能优良等特点,在航空航天领域被广泛应用。同时,在激光熔覆过程中零部件内部容易产生残余应力,进而变形、裂纹等缺陷,降低零部件的内部质量,而超声冲击处理是释放残余应力、消除缺陷的有效手段。因此,本文采用激光熔覆ti60合金粉末并辅助以超声冲击处理技术,研究了激光熔覆ti60合金的工艺、组织与力学性能,分析了超声冲击对ti60熔覆层组织性能的影响。在此基础上,分析了超声冲击对激光熔覆ti60合金阻燃性能的影响。取得的主要研究成果如下:(1)揭示了激光熔覆ti60合金的组织和力学性能特征。激光熔覆ti60合金试样底部和顶部区域为β等轴晶,中部区域为β柱状晶,β晶粒内均由板条α相和板间β相构成。试样板条α相中有大量白色析出相产生,从底部到顶部析出相含量逐渐减少。随着激光功率的增加,激光熔覆ti60合金的组织形态由网篮组织转变为魏氏组织。不同功率下激光熔覆ti60合金试样的显微硬度有相似的变化规律,均沿沉积高度方向呈现倒“Z”形分布。激光熔覆ti60合金的室温抗拉强度为1128 MPa,强度略高于ti60锻件;断后延伸率和断面收缩率分别为8.8%、14.4%,塑性明显低于ti60锻件。激光熔覆ti60合金试样在温度为300℃和600℃时的抗拉强度分别为932 MPa、730 MPa。激光熔覆ti60合金试样在室温下为准解理断裂,随着温度的提高,塑性逐渐提升,在600℃时断裂方式表现为韧性断裂特征。(2)获得了超声冲击对激光熔覆ti60合金组织和性能的影响规律。经超声冲击处理后,熔覆表面更为平整,熔覆层中的气孔和熔合缺陷显著减少。冲击表面形成的塑性变形层厚度可达120μm,且越靠近冲击表层,晶粒细化程度越高。冲击表面形成了大量的纳米晶粒,且纳米晶分布均匀、取向随机,尺寸最小可达50nm。冲击后再进行激光熔覆,熔覆层熔池附近柱状晶的生长被打断,粗大的柱状晶转变为大量细小的柱状晶和少量的等轴晶。经过超声处理的ti60熔覆层表面硬度显著增加,最高可达590 HV,相比未冲击的激光熔覆ti60试样(460 HV)提高了约28.3%,同时超声冲击试样的显微硬度沿厚度方向逐渐减小。ti60熔覆层底部熔池的熔合线附近残余应力值最大,其值为304 MPa;熔覆层与基材的界面位置残余应力最小,其值为8 MPa。经超声冲击处理后,冲击表面的残余拉应力被释放,并转化为残余压应力,且在冲击表面残余压应力值最大,其值为-177 MPa。(3)超声冲击处理对激光熔覆ti60合金的阻燃性能影响显著。钛合金激光烧蚀区域分布着大量的颗粒状氧化物和熔融物,烧蚀孔底部存在宽化裂纹和较为规则的细小晶粒。在激光烧蚀过程中,钛合金基体的合金元素会与空气中的O元素结合生成ti O2、Cr2O3、V2O5、Mo O3等氧化物,在烧蚀表面形成了致密的氧化物保护层,从而起到阻燃作用。ti40合金的阻燃性能最优,激光熔覆ti60合金次之,TC4合金阻燃性能最差。激光熔覆ti60合金表面经超声冲击处理后阻燃性能显著提高,作用气压为0.05 MPa时,ti60熔覆层阻燃性能的提升效果最佳。

关键词： ti60高温钛合金激光熔覆超声冲击显微组织显微硬度残余应力阻燃性能

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高温钛合金激光焊接头组织及性能研究

高温钛合金激光焊接头组织及性能研究

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作者：姜文祥上海工程技术大学

学位级别：硕士

随着航空航天产业的大力发展,被称为“航天材料”的钛合金受到了广泛的关注。钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀性能好、高温热稳定性能好以及线胀系数小等一系列特点。为满足制造先进航空航天发动机的要求,使用温度达到600℃以上的... 详细信息

随着航空航天产业的大力发展,被称为“航天材料”的钛合金受到了广泛的关注。钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀性能好、高温热稳定性能好以及线胀系数小等一系列特点。为满足制造先进航空航天发动机的要求,使用温度达到600℃以上的高温钛合金已经成为各国研究的热点。ti60合金是中科院金属研究所和宝钛集团联合研制的600℃高温钛合金。目前,钛合金在飞机以及航空航天发动机上的使用比例已经成为衡量其先进程度的重要指标之一。因此,本文在氩气的保护作用下使用纯激光对ti60合金进行焊接。研究了接头的成形、显微组织特征以及室温(25℃)和600℃高温下的力学性能。并对ti60激光焊接头进行焊后热处理试验,研究焊后热处理对于接头显微组织及力学性能的影响,以达到改善接头综合力学性能的目的。激光焊接可以获得成形良好,表面光滑平整且具有银白色金属光泽、未发生明显氧化现象的ti60激光焊接头。在不同焊接工艺参数下,接头熔合区成“X”形或者“沙漏”形。熔合区上部、中部和下部宽度、热影响区最大宽度以及接头FZ的面积均随激光功率的增加而增加、随焊接速度的增加而减小。焊接过程中热量的不均匀分布导致接头分为三大区域:熔合区(FZ)、热影响区(HAZ)和母材(BM)。根据距离焊缝中心的远近,热影响区可以被分为热影响区内部(near-HAZ),热影响区中部(middle-HAZ)和热影响区外部(far-HAZ)。ti60激光焊接头FZ的主要组织是针状的α’-马氏体。随着线能量的增加,接头FZ内α’-马氏体的密度以及尺寸也随之增大,但当线能量增大到一定程度后α’-马氏体的改变不明显。与FZ组织相比,near-HAZ的马氏体尺寸和密度都有所减小;middle-HAZ呈现双态组织特征,为α’-马氏体和等轴α混合组织;far-HAZ只有部分β稳定元素含量较高的地方发生相变,为细小的等轴组织。ti60激光焊接头的显微硬度测试结果表明:接头FZ的硬度最大,HAZ的硬度次之,BM的硬度最小。随着焊接线能量的增加接头FZ的最大硬度也有所增大。对ti60激光焊接头分别进行室温(25℃)和600℃高温拉伸试验,结果表明:两种状态下,ti60激光焊接头拉伸试件均断裂于母材位置,平均拉伸强度分别达到1191MPa(25℃)和771MPa(600℃),平均延伸率分别达到9.27%(25℃)和12.23%(600℃)。室温下接头的断裂形式为脆性断裂;在600℃高温状态下,ti60激光焊接头发生了韧性断裂。本文采用940℃/2h,FC(炉冷)+600℃/1.5h,FC的焊后热处理工艺。与热处理前相比,经过焊后热处理的接头组织分布更加均匀,FZ和HAZ呈现出丛簇状的α组织特征。接头硬度同样呈现不均匀分布的特征,接头FZ的硬度稍高于HAZ,BM的硬度最小,相较于热处理前的接头FZ的硬度明显降低。在室温(25℃)和600℃高温状态下,经过焊后热处理的ti60激光焊接头拉伸试件均断裂于HAZ位置,其平均拉伸强度分别达到980MPa(25℃)和728MPa(600℃),平均延伸率分别达到10.92%(25℃)和18.27%(600℃)。因此,合适的焊后热处理工艺可使接头强度达到母材强度的80%以上,且接头的塑形得到显著提高。焊后热处理可以有效地提高接头的综合力学性能。

关键词： ti60高温钛合金激光焊接显微组织力学性能焊后热处理

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