【摘 要】
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Ti-6Al-4V钛合金的传统加工方式存在材料利用率低、制造周期长、耗能大等不足,制约了钛合金的使用和发展。本文通过选区激光熔化技术制备了Ti-6Al-4V钛合金试样,探究了激光功率、扫描速度、扫描间距等不同激光工艺以及去应力退火、高温退火、固溶时效等后续热处理工艺对试样组织与性能的影响。在打印过程中,由于基板的传热作用,打印区的冷却速度远高于α’相马氏体形成所需要的冷却速度,因此试样的组织主要由
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Ti-6Al-4V钛合金的传统加工方式存在材料利用率低、制造周期长、耗能大等不足,制约了钛合金的使用和发展。本文通过选区激光熔化技术制备了Ti-6Al-4V钛合金试样,探究了激光功率、扫描速度、扫描间距等不同激光工艺以及去应力退火、高温退火、固溶时效等后续热处理工艺对试样组织与性能的影响。在打印过程中,由于基板的传热作用,打印区的冷却速度远高于α’相马氏体形成所需要的冷却速度,因此试样的组织主要由针状α’相和α’相间的少量β相组成。当功率、扫描速度、扫描间距发生改变时,在部分试样中生成了颗粒状的近纳米β相,当激光功率为108W,扫描速度为620mm/min,扫描间距为80μm时,所制备的试样中颗粒状的近纳米β相含量最多。当激光功率较大、扫描速度较慢或扫描间距较小时,会导致激光的能量密度过大,打印区温度在β相单相区时间过长,β相晶粒会持续生长,粗大的β相晶粒会在后续的冷却中产生组织粗化的α’相。选区激光熔化技术制备的试样性能与工艺参数息息相关,当激光功率较小,扫描速度较快或扫描间距较大时会使能量密度过小,试样中的元素扩散不充分,试样均匀性、耐蚀性变差,且能量密度不足会在熔道间产生较多的未熔合缺陷及未熔粉末等缺陷,影响试样致密度。而能量密度过大会导致试样组织粗化,熔池不稳,产生孔洞等缺陷,使试样的致密度、硬度、强度、塑性下降。选区激光熔化技术制造的试样经过600℃去应力退火处理后,组织依然主要由针状α’相与α’相间的β相组成,近纳米β相基本消失,但由于α’相会转变为β相,所以β相含量总体上升。经去应力退火后,试样的残余应力与晶格畸变部分消除,同时可以阻碍位错移动的颗粒状近纳米β相的数量减少,所以试样的抗拉强度,硬度降低,塑性提高。试样经过高温退火后,微观组织形貌发生变化,针状α’相转化成更稳定的片层状α相与β相,晶粒发生不同程度的粗化,800℃退火的试样组织稍有粗化,而900℃退火的试样组织粗化较严重,强度、硬度、塑性都下降较大。但是高温退火使试样中合金元素扩散充分,均匀化程度提高,缺陷减少,故其密度、耐蚀性上升。高温退火的试样适用于对强度要求不是非常高,但对耐蚀性要求很高的工作环境。在固溶处理的900℃保温阶段,试样中的大部分α’相会转变为β相,由于后续的水淬处理冷速较快,β相发生切变型相变生成亚稳态的马氏体α’相,经过500℃时效处理6小时后,处于亚稳态的马氏体α’相会分解形成更稳定的片层状α相与β相。经过时效处理后,试样中的残余应力与晶格畸变基本消除,组织更加均匀,抗拉强度下降了 22.5%,伸长率提高了 55.7%,耐蚀性进一步提高。
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