论文摘要：热处理对激光熔化沉积TC17钛合金显微组织及力学性能的影响

TCl7钛合金（名义成分是Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr）是一种近β型双相合金，具有较好的强度、淬透性、疲劳、断裂韧性相配合的良好综合性能，在各种航空发动机的风扇和压气机盘件上已经得到广泛应用。但是钛合金零件的传统制备技术存在成本高，加工困难等缺点。激光熔化沉积（LMD）直接近净成形技术在无需成形模具的条件下，通过激光逐层熔化沉积直接将金属粉末熔化堆积成全致密近终形实体零件，具有组织细小、成分均匀、综合力学性能优异、生产制造成本低等特点，尤其适用于钛合金等难加工材料复杂零部件的成形。本文利用激光熔化沉积技术制备成形TC17钛合金薄壁板状试验件，采用OM、SEM、XRD、EDS等分析了激光熔化沉积态TC17钛合金的凝固组织及形成规律、显微组织演变，以及固溶时效热处理温度和时间对显微组织及性能的影响，测试了成形件热处理前后显微硬度及拉伸力学性能。结果表明：1. 由于激光熔化沉积过程中的熔池熔体凝固的固有外延生长特性，激光熔化沉积TC17钛合金的凝固组织为沿沉积增高方向生长的贯穿多个熔覆层的粗大柱状晶。但是受激光加工功率和送分量增大的影响，激光熔化沉积TC17钛合金也可以形成沿沉积层增高方向交替排列的“指节”状β晶粒和等轴晶组成的混合凝固组织。在激光快速凝固微小范围内存在的凝固偏析细小树枝晶组织特征因受到后续反复循环高温固态相变热处理而完全消失，仅在最后沉积层内可看到细小胞状树枝晶向自由生长树枝晶的转变。2. 当激光功率较低时，沉积态TC17钛合金的显微组织是介于魏氏组织和网篮组织之间的一种片状组织。增大激光功率和送分量后显微组织由不规则片状初生相和超细网篮状β转变组织组成，并且由于激光熔化沉积过程中的热循环固态相变历史的不同，在成形件顶部20 mm范围内形成显微组织随沉积层位置变化而显著变化的非稳态区。3. 随固溶温度从790°C升高到840°C，初生相体积分数和长宽比显著降低，片层宽度几乎不变。显微硬度随固溶温度升高变化不大，固溶强化效应低。随固溶时间从1h增加到4h，初生相含量减少，片层宽度约增加0.1~0.3 m。时效后初生片层宽度显著增加，次生相含量随固溶温度升高而增加，具有显著的时效强化效应。4. 两相区高温退火预处理+固溶时效热处理后，初生相含量由退火温度决定，初生相长宽比随固溶时间增加变化较大。在β转变点以上（1190°C）均匀化退火+两相区退火二级预处理+固溶时效热处理后β晶粒由柱状晶转变为等轴晶，晶粒直径增大1~2倍，晶界a连续，晶内显微组织未见明显变化。5. 激光熔化沉积态TC17钛合金纵向室温拉伸为塑性断裂，强度低于锻件标准，而塑性高于锻件标准。两相区退火预处理+固溶时效后纵向强度和塑性均提高，强度达到锻件标准，塑性远高于锻件标准，具有较好的室温和高温拉伸性能。均匀化退火+两相区退火二级预处理+固溶时效热处理后纵向和横向室温拉伸宏观上均为沿晶断，微观上具有解理特征和韧窝特征。晶粒粗大和氧含量偏高是导致脆断的主要原因。

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