利用OM(光学显微镜)、SEM(扫描电子显微镜)对激光沉积TA15钛合金疲劳裂纹扩展行为进行研究。结果表明: 由于激光沉积自身特性, 沉积试样具有较强的组织敏感性, 疲劳裂纹易起源于气孔且裂纹源区有明显的α/β片层撕裂特征并伴随有与α单个片层或α集束尺寸相当的解理断裂平面。疲劳裂纹扩展稳定期路径曲折, 这与片层组织中α集束位向不同有关。一定区域内疲劳裂纹平行α片层或近似垂直α片层扩展, 裂纹扩展遇到α相时主要切过α片层向前扩展, 并伴有二次裂纹的出现; 裂纹稳定扩展期是以疲劳条带机制为主, 也伴随解理断裂机制。

采用激光沉积修复技术和电弧增材修复技术分别对预制损伤激光沉积制造TC4进行修复,然后对其进行不同的热处理,研究两种修复制件在热处理前后的组织和力学性能。结果表明:两种修复件的修复区均与基材形成了致密的冶金结合,无明显的热影响区;两种修复件的显微组织存在差异,激光修复区中的β柱状晶由基材延伸到修复区顶部,整体组织较为一致,而电弧修复区中出现了粗大的β等轴晶,晶内α相较基材的更细长;激光修复件的综合性能较好,其强度与塑性均高于TC4锻件标准,电弧修复件的强度与激光修复件的相当,但断面收缩率较激光修复件的低; 600 ℃退火处理对组织及性能的影响较小,而固溶时效处理能使α相明显粗化,大幅提升其塑性,且对强度的影响不大,可使制件获得较佳的强度/塑性匹配;两种热处理态修复件的拉伸断裂机制不同,激光修复件的断口表面布满大而深的韧窝,为韧性断裂,而电弧修复件断口上的颈缩不明显,韧窝较浅且起伏较小,表现为准解理断裂特征。

对激光沉积TA15钛合金显微组织进行研究, 并分析了室温下高周疲劳裂纹的萌生和扩展特性。采用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)分析了试样疲劳断口以及纵截面显微组织形貌。研究表明, 激光沉积宏观组织呈现定向生长的柱状晶形貌, 晶粒内部为细小的网篮组织, 经过双重退火后, 网篮组织有粗化趋势。疲劳源区存在与α集束尺寸相当的解理断裂平面, 稳定扩展区疲劳裂纹扩展路径曲折, 这与片层组织中α集束位向不同有关, 一定区域内疲劳裂纹平行α片层或近似垂直α片层扩展, 扩展区的二次裂纹有助于扩展能量的消耗, 提高疲劳寿命。

采用激光沉积制造技术制备TA15钛合金裂纹扩展速率(da/dN)以及平面应变断裂韧度(KIC)试样, 采用金相显微镜(OM)以及扫描电子显微镜(SEM)观察微观组织与断口形貌。结果表明: 沿沉积高度方向, 组织呈现典型的β晶粒外延生长, β晶粒内部为α/β片层及集束组成的网篮组织; 三种扩展方向下, YOZ面裂纹扩展速率最快, XOY面裂纹具有较低的扩展速率; 平面应变KIC受裂纹预制扩展方向和β晶粒位向影响, 表现为各向异性。裂纹扩展平面垂直β柱状晶时, KIC最大达86.36 MPa·m1/2, 当β柱状晶位于裂纹扩展平面内, 且平行于裂纹扩展方向时, KIC值为77.19 MPa·m1/2, β柱状晶垂直于裂纹扩展方向时, 其对裂纹阻滞作用弱, KIC最小为56.16 MPa·m1/2。