中国激光, 2017, 44 (9): 0902001, 网络出版: 2017-09-07   

激光选区熔化成形TC4钛合金热处理后微观组织和力学性能 下载: 1609次

Microstructure and Mechanical Properties of TC4 Titanium Alloy Formed by Selective Laser Melting After Heat Treatment
肖振楠 1,2,*刘婷婷 1,2廖文和 1,2张长东 1,2杨涛 1,2
作者单位
1 南京理工大学机械工程学院, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学数控成形技术与装备国家地方联合实验室, 江苏 南京 210094
图 & 表

图 1. SLM成形TC4钛合金圆柱状拉伸件

Fig. 1. Cylindrical drawing part of TC4 titanium alloy formed by SLM

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图 2. SLM成形TC4钛合金拉伸件实物图

Fig. 2. Physical picture of drawing part of TC4 titanium alloy formed by SLM

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图 3. 未热处理试样的微观组织。(a) OM照片(亮色部分为α'相,暗色部分为β相);(b) SEM照片

Fig. 3. Microstructure of untreated sample. (a) OM photo (light part is α' phase and dark part is β phase); (b) SEM photo

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图 4. 840 ℃/2 h/AC退火处理后TC4钛合金的显微组织。(a) OM照片(亮色部分为α相,暗色部分为β相);(b) SEM照片

Fig. 4. Microstructure of TC4 titanium alloy after 840 ℃/2 h/AC annealing treatment. (a) OM photo (light part is α phase and dark part is β phase); (b) SEM photo

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图 5. 940 ℃/1 h/WQ固溶处理后TC4钛合金的显微组织。(a) OM照片(亮色部分为α相,暗色部分为β相);(b) SEM照片

Fig. 5. Microstructure of TC4 titanium alloy after 940 ℃/1 h/WQ solution hardening. (a) OM photo(light part is α phase and dark part is β phase); (b) SEM photo

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图 6. 940 ℃/1 h/WQ+540 ℃/4 h/AC固溶时效处理后TC4钛合金的显微组织。 (a) OM照片(亮色部分为α相,暗色部分为β相);(b) SEM照片

Fig. 6. Microstructure of TC4 titanium alloy after 940 ℃/1 h/WQ+540 ℃/4 h/AC solution and aging treatment. (a) OM photo (light part is α phase and dark part is β phase); (b) SEM photo

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图 7. 不同热处理工艺下SLM成形TC4钛合金试样XRD图谱

Fig. 7. XRD patterns of TC4 titanium alloy samples produced by SLM after different heat treatment processes

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图 8. 不同热处理工艺下试样的断口形貌。(a)未热处理;(b) 840 ℃/2 h/AC; (c) 940 ℃/1 h/WQ;(d) 940 ℃/1 h/WQ+540 ℃/4 h/AC

Fig. 8. Fracture morphologies of samples after different heat treatment processes. (a) Untreated; (b) 840 ℃/2 h/AC; (c) 940 ℃/1 h/WQ; (d) 940 ℃/1 h/WQ+540 ℃/4 h/AC

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图 9. TC4钛合金试样残余应力测量点示意图

Fig. 9. Schematic of residual stress measurement points on TC4 titanium alloy sample

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图 10. 不同热处理工艺下TC4钛合金试样应力仿真。(a)未热处理;(b) 840 ℃/2 h/AC; (c) 940 ℃/1 h/WQ;(d) 940 ℃/1 h/WQ+540 ℃/4 h/AC

Fig. 10. Stress simulation of TC4 titanium alloy samples after different heat treatment processes. (a) Untreated; (b) 840 ℃/2 h/AC; (c) 940 ℃/1 h/WQ; (d) 940 ℃/1 h/WQ+540 ℃/4 h/AC

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表 1Ti6Al4V粉末的化学成分(质量分数,%)

Table1. Chemical compositions of Ti6Al4V power (mass fraction, %)

ElementAlVFeCONHMoMnCuSnYZrTi
Content5.500-6.7503.500-4.5000.1400.0070.1300.0070.002<0.050<0.050<0.050<0.050<0.050<0.050Bal.

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表 2TC4钛合金SLM成形参数

Table2. Parameters of TC4 titanium alloy formed by SLM

ParameterLaser power /WScanning speed /(mm·s -1 )Layer thickness /μm
Value180125030

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表 3SLM成形TC4钛合金热处理条件

Table3. Heat treatment conditions for TC4 titanium alloy formed by SLM

Heat treatment modeHeat treatment condition
Annealing840 ℃/2 h/AC
Solution hardening940 ℃/1 h/WQ
Solution and aging treatment940 ℃/1 h/WQ+540 ℃/4 h/AC

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表 4不同热处理工艺下SLM成形TC4钛合金试样的力学性能

Table4. Mechanical properties of TC4 titanium alloy samples formed by SLM after different heat treatment processes

Heat treatment modeTensile strength /MPaYield strength /MPaElongation /%Reduction of area /%
No heat treatment1130.551079.4412.7322.49
840 ℃/2 h/AC954.84927.1618.9531.44
940 ℃/1 h/WQ880.67841.3715.9515.36
940 ℃/1 h/WQ+540 ℃/4 h/AC901.93890.3115.3510.89

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表 5不同热处理工艺下SLM成形TC4钛合金试样的残余应力实测及仿真值

Table5. Measured and simulated residual stresses of TC4 titanium alloy samples formed by SLM after different heat treatment processes

Heat treatment modeMeasured pointResidual stress /MPa
MeasuredSimulated
Point 1175.5183
Point 2258.4260
UntreatedPoint 3113.3127
Point 4106.1115
Point 158.659
Point 272.076
840 ℃/2 h/ACPoint 368.972
Point 459.355
Point 183.077
Point 294.395
940 ℃/1 h/WQPoint 382.691
Point 473.171
Point 147.141
Point 259.955
940 ℃/1 h/WQ +540 ℃/4 h/ACPoint 349.551
Point 441.040

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肖振楠, 刘婷婷, 廖文和, 张长东, 杨涛. 激光选区熔化成形TC4钛合金热处理后微观组织和力学性能[J]. 中国激光, 2017, 44(9): 0902001. Xiao Zhennan, Liu Tingting, Liao Wenhe, Zhang Changdong, Yang Tao. Microstructure and Mechanical Properties of TC4 Titanium Alloy Formed by Selective Laser Melting After Heat Treatment[J]. Chinese Journal of Lasers, 2017, 44(9): 0902001.

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