激光选区熔化成形TC4的热处理工艺研究

摘要

Ti-6Al-4V(TC4)钛合金因比强度高、抗腐蚀性强、耐热性好而被普遍用以宇航、船海、兵器制造等行业。但其传统加工耗能大，制造周期长，材料利用率低，复杂件成形难度大，制约了钛合金的使用和发展。激光选区熔化技术(Selective Laser Melting，SLM)制造迅速、材料利用率高、成形精度高，是复杂钛合金构件制造的重要新方法，极具发展前景及应用优势。SLM成形TC4试样表现为强度高而塑性羞，同时制造过程中，试样内部易积聚不均匀残余应力，引起零件的变形开裂。合适的热处理工艺可以降低快速冷却时累积的残余应力，调控α→β相变，改变相的形状、尺寸和含量，充分施展金属材料的性能潜力。为此，本文将SLM成形TC4作为研究对象，采用光学、电子显微镜、X射线衍射、实验测试与仿真等手段较为系统的探究了热处理对于TC4试样组织和性能的影响。主要研究工作包括以下几点: 探究了退火处理对成形态TC4的作用，结果显示:升高温度会使试样内部组织发生粗化，β相体积占比增大，强度降低，塑性呈现先上升后下降的趋势。保温时间和冷却速率对组织及性能的影响程度取决于温度且主要调整组织的尺寸。对SLM成形TC4样件进行840℃加热，保温2小时，空冷，试样的抗拉强度为950MPa，塑性提高至18％，获得较好的综合性能。 研究了两相区固溶和固溶时效的影响，结果表明:经过两种工艺，试样分别形成了编织交错的（α+β）网篮组织和均匀弥散的（α+β）相。同时与成形态相比，试样中β含量和α相晶粒宽度增加，试样强度、硬度发生明显下降，其强度-塑性匹配效果均劣于840℃退火处理。 探究了热等静压的影响，结果表明:低温热等静压难以达到降低孔隙率，调整宏观性能的效果。而当温度接近β相变点温度时，TC4形成交错编织的网篮和片状组织，晶粒宽度大幅度增加，晶粒厚度较薄的片状α相破碎溶解。试样内部孔隙率降低，致密度提升，与退火、固溶、固溶时效工艺相比，可获得更佳的强度-塑性匹配。

目录

声明

摘要

图表目录

第一章绪论

1．1引言

1．2钛合金概述

1．2．1钛合金性质

1．2．2钛合金分类

1．2．3钛合金微观组织

1．2．4钛合金的应用

1．2．5 Ti-6Al-4V合金

1．3 TC4钛合金的激光选区熔化技术

1．4 TC4钛合金的热处理工艺

1．5本论文的课题来源和研究意义

1．5．1课题来源

1．5．2课题意义

1．6本文的主要研究内容

第二章实验材料和方法

2．1钛合金常规热处理方法分析

2．1．1退火工艺

2．1．2固溶及时效工艺

2．1．3热等静压工艺

2．2钛合金热处理实验方案设计

2．3实验材料和设备

2．3．1实验材料

2．3．2实验设备

第三章退火对SLM成形TC4组织和性能的影响

3．1 SLM成形TC4组织和性能

3．1．1微观组织

3．1．2力学性能

3．1．3断口形貌

3．2退火温度对SLM成形TC4组织和性能的影响

3．2．1微观组织分析

3．2．2性能分析

3．2．3断口形貌分析

3．3保温时间对SLM成形TC4组织和性能的影响

3．3．1微观组织分析

3．3．2性能分析

3．3．3断口形貌分析

3．4冷却速率对SLM成形TC4组织和性能的影响

3．4．1微观组织分析

3．4．2性能分析

3．4．3断口形貌分析

3．5本章小结

第四章固溶及固溶时效对SLM成形TC4组织和性能的影响

4．1两相区固溶对SLM成形TC4组织和性能的影响

4．1．1微观组织分析

4．1．2性能分析

4．1．3断口形貌分析

4．2固溶时效对SLM成形TC4组织和性能的影响

4．2．1微观组织分析

4．2．2性能分析

4．2．3断口形貌分析

4．3讨论

4．4本章小结

第五章热等静压对SLM成形TC4组织和性能的影响

5．1热等静压对SLM成形TC4钛合金组织和性能的影响

5．1．1微观组织分析

5．1．2性能分析

5．1．3断口形貌分析

5．2本章小结

第六章结论与展望

6．1工作总结和结论

6．2未来展望

致谢

参考文献

附录