激光快速成形TC17钛合金热处理工艺研究2013-12-18

中图分类号：TG146.2+3

论文编号：10006SY1101104

硕 士 学 位 论 文

激光快速成形TC17钛合金

热处理工艺研究

作者姓名 陈博

学科专业 材料加工工程

指导教师 王华明 教授

培养院系 材料科学与工程学院

Research on heat treatment process of

laser rapid formed Ti-17 titanium alloy

A Dissertation Submitted for the Degree of Master

Candidate：Chen Bo

Supervisor：Prof. Wang Huaming

School of Materials Science & Engineering

Beihang University, Beijing, China

中图分类号：TG146.2+3

论文编号：10006SY1101104

硕 士 学 位 论 文

激光快速成形TC17钛合金

热处理工艺研究

作者姓名 陈博 申请学位级别 工学硕士

指导教师姓名 王华明 职 称 教授

学科专业 材料加工工程 研究方向 激光材料制备与成形 学习时间自 2011年 9月 1日 起至 2014年 1月 30日止 论文提交日期 2013年 12月 20日 论文答辩日期 2013年 12月 17日 学位授予单位 北京航空航天大学 学位授予日期 年 月 日

关于学位论文的独创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得北京航空航天大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中做出了明确的说明。

若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。

学位论文作者签名： 日期： 年 月 日

学位论文使用授权书

本人完全同意北京航空航天大学有权使用本学位论文（包括但不限于其印刷版和电子版），使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门（机构）送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。

保密学位论文在解密后的使用授权同上。

学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 指导教师签名： 日期： 年 月 日

摘 要

TC17钛合金的名义成分为Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr，是一种富β稳定元素的两相钛合金，具有较高的强度、淬透性、疲劳性能、断裂韧性以及热稳定性，综合性能良好，常用作发动机风扇、压气机盘件等关键零件。然而由于钛合金变形抗力大、切削加工工艺性能差，采用传统锻造+机械加工方法制造大型复杂钛合金构件周期长、成本高、制造难度大。激光快速成形技术是一种以金属粉末为原材料，通过高能激光束对金属原材料的逐层熔化堆积，直接由零件CAD模型一步完成全致密、高性能、大型复杂金属零件的―近终成形‖制造技术，具有成本低、加工周期短和材料利用率高等优点，在航空航天等工业中具有广泛的应用前景。

激光快速成形TC17钛合金具有与锻件TC17钛合金不同的显微组织，锻件TC17常用的热处理制度不能直接适用于激光成形TC17钛合金，作为改善其组织性能的重要手段之一，其热处理工艺需要进行深入探索。本文利用激光快速成形技术制备成形TC17钛合金板状试验料，分析激光沉积态TC17的显微组织特征及其形成机理，重点研究预处理退火、固溶以及时效处理中温度及冷却速度对显微组织及力学性能的影响，并分析其断裂机理，结果表明：

（1）激光快速成形TC17钛合金具有独特的组织特征，本实验中将试样板顶部5mm厚的耐蚀性较差的若干沉积层定义为―非稳态区‖，其显微组织为细小针状的亚稳定组织，其余部分沉积层定义为―稳态区‖，显微组织为细小的网篮组织；将仅存在于―稳态区‖、由于熔池对已沉积层的循环热影响而形成的约500μm宽的条带特征定义为―热影响条带‖，将存在于―非稳态区‖及―稳态区‖中、由于熔池对固液界面处基体的强烈作用而形成的约50μm宽的条带特征定义为―层间条带‖，层间条带可反映熔池的形貌；在相邻熔池搭接（重叠）部位常形成柱状晶形貌，在熔池的中心部位常形成等轴晶形貌。

（2）激光快速成形TC17沉积态试样具有高强度低塑性的特性，拉伸断口在柱状晶区域表现为穿晶断裂而在等轴晶区域表现为沿晶断裂，沿晶断裂可能是由于晶界处连续的晶界α相导致。两相区预处理退火+固溶时效处理可显著调节激光快速成形TC17钛合金的显微组织。预处理温度升高、冷却速度增大可减小初生α相的长径比，固溶温度升高、固溶冷却速度增大可降低初生α相的体积分数，而升高时效温度可增大次生α相的片层厚度。增加初生α相长径比、次生α相体积分数可使材料强度上升而塑性下降、增大次生α相片层厚度可使塑性上升而强度降低。然而两相区预处理退火+固溶时效处

I

理无法消除粗大连续的晶界α相，断裂模式没有明显改变。

（3）通过单相区预处理使晶界α相与晶内α相在固溶阶段同时形核长大，从而避免形成连续的晶界α相且使其两侧初生α相与次生α相分布均匀，在一定程度上减小沿晶断裂倾向，将激光快速成形TC17钛合金的沿晶断裂转变为穿晶断裂。

关键词：激光快速成形；TC17钛合金；热处理工艺；显微组织特征；力学性能

II

Abstract

TC17 titanium alloy (Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr) was designed to meet the need of compressor disks of advanced aircraft engine, for its excellent strength, harden ability, fatigue resistance, fracture toughness and thermal stability. However, manufacturing titanium alloy by traditional processing methods, such as forging followed by machining, was costly and difficultly. An advanced manufacturing technology named of laser rapid forming technology could overcome those shortcomings. Laser rapid forming process is a solid freeform fabrication technology based on layer-by-layer materials melting and depositing to fabricate fully dense near-net-shape metallic components with fine microstructure, excellence of comprehensive mechanical properties and low cost of fabricating.

Laser rapid forming TC17 titanium alloy was differ from forging TC17 alloy, therefore tradition heat treatment of forging TC17 alloy was not suitable for laser forming TC17 alloy. Heat treatment for laser forming TC17 alloy, as one of the most important methods to improve the microstructure and mechanical behavior, deserve to be explored. In this project, TC17 titanium alloy were manufactured by laser rapid forming technology. Microstructure and mechanical behavior of as …… 此处隐藏：4580字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……