激光快速成形tc21钛合金的组织和力学性能研究

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1、摘要TC21是一种高强高韧损伤容限型叶B两相钛合金，有望成为飞机结构件的重要选材。采用精密铸造、精密塑性成形、粉末冶金等传统方法成形TC21钛合金时，具有周期较长、柔性化较差等缺点。激光快速成形作为一种材料凝固成形新技术，诸多优点使其成为一种具有竞争力的TC21钛合金成形方法。本文通过激光快速成形TC21钛合金的实验研究，获得并分析了TC21沉积态的组织和力学性能，考察了激光功率对沉积态组织和性能的影响规律，探索了经不同热处理后的成形件组织和硬度演变特征，取得了如下主要研究成果：1．因激光快速成形

2、过程中的外延生长特性和TC21合金的状晶／等轴晶转变，TC21沉积态的组织主要由沿沉积高度方向生长的贯穿多个熔覆层的粗大柱状晶组成，仅最后一层熔覆层上侧的晶粒为较小的等轴晶。熔池热影响区中a相的粗化会使成形件宏观上存在层带现象。成形件上部的十几层熔覆层和与基材邻接处的一两熔覆层为马氏体明区，其余区域为网篮组织暗区，成形过程中的再热循环会使马氏体旺’相转变为网篮组织。2．TC21沉积态马氏体明区的硬度比网篮组织暗区高近100HV。暗区的抗拉强度约1270MPa，屈服强度约1180MPa，而延伸率仅约

3、4％，呈强度高、塑性低、韧性断裂的特点。，3．激光功率的增大，会使熔覆层温度越高，相同温度所能覆盖的区域越大，熔池的温度梯度减小，因此成形件上部的明区高度线性增大，柱状原始13晶粒的宽度增加并呈等轴化倾向，暗区网篮组织中的a片粗化明显，而硬度和强度略有下降，塑性则略有升高。4．成形件经去应力退火后，依然存在马氏体明区和网篮组织暗区、柱状原始B晶粒以及明暗区的硬度差别。经固溶+时效处理后，明暗区差别消失，微观组织呈双态并有晶界0【相析出，成形件硬度也变得均匀。固溶温度较低时，原始13柱状晶仍然存在，

4、但固溶温度较高时，柱状晶转变为等轴晶。固溶温度越高，双态组织中a片的宽度越大，球状Gt相的体积分数增加，晶界a相的宽度增加并更加连续。关键词：激光快速成形，TC21钛合金，沉积态，热处理，组织，力学性能西北工业大学工学硕士学位论文ABSTRACTTC21alloy,atypeofhighstrength，hi曲toughnessandhjghdamage·tolerance叶Btwo·phasetitaniumalloy,isoneofthecandidatematerialsfortheaero

5、planeframeworks．Traditionalprocessingmethods，includingprecisecasting，preciseplasticforming，powdermetallurgy,etc，，havesomedisadvantagessuchaslongdevelopmentcycle，poorflexibility,etc．Laserrapidforming(LRF)，anewsolidificationprocessingtechnology,hasmanya

6、dvantageswhichwouldmakeitcompetitivefortheprocessingofTC21alloy．Inthisthesis．LRFTC21alloyWasstudiedexperimentally．The8truetul'esandmechanicalpropertiesofas·depositedTC21alloywereobtainedandanalyzed．theinfluencesoflaserpowerontheas—depositedstructuresa

7、ndmechanicalpropertieswereexamined，andthechangesofthestructuresandhardnessesafterdifferentheattreatmentsWCl'eexplored．Themainresultsareasfollows：1．BecauseofepitaxialgrowthduringLRFandthecolumnartoequiaxedtransition(CET)ofTC21alloy,themacrostructuresof

8、aS-depositedTC21alloymostlyconsistofthebulkyorigirlalpgrainswhichgrowacrossseveraldepositlayersalongtheheightdirectionofdeposition,andonlythegrainsintheuppersideofthelastlayeraresmallequiaxedgrains．Theexistenceoflayerbandsinmacrocosmicisresult