燕山大学先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室，河北 秦皇岛 066004
采用点式锻造激光沉积技术在TA0基板上成形三维TC17厚壁件。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、单向拉伸试验和显微测试硬度来分析其沉积态和退火态组织与力学性能。结果表明，原始宏观晶粒呈等轴状形貌，晶粒内部以大量初生细小α板条、少量的等轴α相和β转变组织形成。分别对沿沉积高度方向和垂直沉积高度方向做室温单向拉伸试验，两个方向拉伸强度均超过锻件退火态国家标准。硬度测试表明原始沉积区维氏硬度在400 HV左右，随着温度增加，硬度呈下降趋势。单向拉伸试验结果显示，经850 ℃/1 h退火后，两个方向的强度和塑性都明显地下降，610 ℃/1 h退火后，材料强度显著增加，塑性显著降低。730 ℃/1 h退火后，试样两个方向的强度与沉积态相比稍有降低，塑性得到提升，扫描电镜照片显示，经730 ℃处理后的拉伸断口韧窝深且密，表现为韧性断裂。
材料 点式锻造 激光沉积 TC17钛合金 显微组织 力学性能 激光与光电子学进展
2022, 59(3): 0316003
1 北京航空航天大学物理科学与核能工程学院, 北京 100191
2 北京航空航天大学机械工程及自动化学院, 北京 100191
为了研究激光喷丸（LP）对TC17钛合金疲劳强度的影响，采用两次LP工艺对TC17钛合金进行了强化处理，并使用升降法测试比较了LP前后材料的疲劳强度。结果显示，LP可在TC17钛合金表面形成深度为11.7 μm的微凹坑，产生的残余压应力为LP前的2.46倍。残余压应力的增大引起了裂纹源位置的变化及疲劳条带的细化，TC17钛合金的疲劳强度提高了3.9%。
激光技术 激光喷丸 TC17钛合金 疲劳强度 残余压应力 激光与光电子学进展
2017, 54(11): 111406
1 北京航空航天大学 机械工程及自动化学院, 北京 100191
2 北京航空航天大学 物理科学与核能工程学院, 北京 100191
为了研究激光冲击强化对TC17钛合金高周疲劳性能的影响, 对TC17钛合金进行激光冲击强化处理, 并对处理前后的试样进行了高频疲劳试验, 对疲劳断口和形貌用扫描电镜和透射电镜进行了观察。7J能量激光冲击2次后, 材料在300MPa下的疲劳寿命相比未处理的材料提高了近2倍;相比于母材试样, 强化试样的裂纹源位于次表层深处, 扩展区的疲劳条带排列更加紧密。结果表明, 激光冲击强化后, 试样表面强化区域产生高密度位错和位错缠结。这些缺陷能有效地阻止疲劳裂纹的萌生和扩展, 进而改善TC17钛合金的高周疲劳性能。
激光技术 激光冲击强化 疲劳性能 TC17钛合金 微观组织 laser technique laser shock processing fatigue property TC17 titanium alloy micro structure
1 北京航空航天大学 机械工程及自动化学院, 北京 100191
2 北京航空航天大学 物理科学与核能工程学院, 北京 100191
为了研究激光冲击次数和冲击能量对TC17钛合金微观组织和表面硬度的影响, 采用不同的工艺参量对TC17钛合金进行了激光冲击强化处理。TC17钛合金在激光冲击后, 表面形成了剧烈塑性变形和高密度位错, 冲击过程中位错发生增殖、塞积、缠结等现象, 单脉冲冲击形成的微凹坑的深度最大可达21.4μm; 脉冲能量为5J、搭接冲击次数从1次增加到4次时, 材料的表面硬度相比母材的增幅分别为8.3%,17.2%,24.3%和24.5%;5J和7J冲击1次时,表面硬度相比母材增幅分别达8.3%和14.2%。结果表明, 随着冲击次数和脉冲能量的增加, TC17材料表面硬度随之增加, 激光冲击强化使材料表面产生高密度位错, 这是其表面硬度增加的关键原因。
激光技术 激光冲击强化 TC17钛合金 微观组织 表面硬度 laser technique laser shock peening TC17 titanium alloy microstructure surface hardness
空军工程大学等离子体动力学重点实验室, 陕西 西安 710038
基于Johnson-Cook(J-C)本构模型，提出了基于有限元模型和修正Levenberg-Marquard(L-M)算法的参数辨识方法。对TC17材料进行不同参数、不同工艺的激光冲击，得到了高应变率条件下的残余应力场分布；利用霍普金森压杆得到了中应变率条件下TC17材料的动态响应曲线；将上述两个测试结果作为辨识目标。引入低应变率条件下材料的响应曲线作为约束条件，辨识得到了TC17钛合金高应变率条件下的J-C本构模型参数。实验和计算结果对比验证表明，辨识得到的参数能比较准确地描述TC17钛合金材料高应变率条件下的动态响应规律，并预测激光冲击条件下材料的残余应力场分布。
激光器 本构模型 纳秒脉冲激光 TC17钛合金 高应变率 参数辨识
1 北京航空航天大学激光材料制备与成形实验室, 北京 100191
2 中国人民解放军海军驻沈阳地区军事代表室, 辽宁 沈阳 110000
激光熔化沉积(LMD)TC17钛合金在航空航天领域具有广阔的应用前景，其沉积态试样强度较高但塑性较差，为了改善其综合力学性能，首先对LMD TC17钛合金进行退火处理，结果表明随退火温度升高α相含量逐渐减小，α片层粗化，塑性升高而强度下降，且退火后LMD TC17钛合金拉伸性能未达到盘件技术标准。进一步研究固溶时效对其组织性能的影响，固溶温度升高将使初生α相(αP)相含量降低、αP片层粗化；时效温度升高使次生α相(αS)粗化。拉伸性能受αP、αS相含量、α片层厚度等因素影响，β基体上均匀弥散析出细小αS的组织将有利于提高强度，αP含量增加、组织粗化有利于提高塑性，通过800 ℃/4 h固溶处理后水淬以及630 ℃/8 h空冷热处理可以使LMD TC17钛合金获得较优的强塑性匹配，拉伸性能达到盘件技术标准。
激光技术 激光熔化沉积 TC17钛合金 热处理 显微组织 力学性能
西北工业大学凝固技术国家重点实验室,陕西 西安 710072
通过对激光立体成形(LSF)TC17钛合金沉积态、去应力退火后状态及时效热处理后状态下的微观组织分析,研究了不同热处理方式对激光立体成形组织的影响。结果表明,沉积态组织由贯穿多个熔覆层呈外延生长的粗大柱状晶组成,柱状晶主轴垂直于激光扫描方向或略向扫描方向倾斜;沉积态原始β晶内组织是编织极其细密的网篮组织,α板条长度为1-3 μm,宽度仅0.1-0.2 μm,为典型的α+β两相组织特征。沉积态试样经600 ℃保温1 h,炉冷(FC)退火后,显微组织无明显变化,仍为典型的网篮组织,但α板条长度和宽度有所增加,长宽比减小;经550 ℃保温4 h,空冷(AC)退火后,显微组织中出现部分等轴α相。对沉积态试样进行时效热处理时,随着保温时间的增加,α相呈长大趋势,长宽比逐渐减小,当保温时间达到8 h时,α相发生明显的球化,仅残留有少量的α板条。
激光技术 激光立体成形 TC17钛合金 显微组织 球化 热处理
