● 摘要
TC11钛合金作为一种重要的航空宇航材料，具有良好的综合机械性能、高温强度、热稳定性和蠕变性能，可在500℃以下长期使用，被广泛应用于制造航空发动机压气机盘、叶片和鼓筒等零件。激光快速成形技术是以快速凝固理论为基础发展起来的一种“近净成型”技术，与传统锻造工艺相比，具有大幅缩短零件研制周期，提高材料利用率，使成形构件组织细小致密、成分均匀、性能优异等优点。激光快速成形技术为钛合金的成形制造提供了一条新的技术路径。 航空发动机需要长期在高温条件下服役，材料的蠕变性能在一定程度上决定着航空发动机的安全、可靠性，成为制约航空发动机发展的一项重要指标。对于蠕变性能的表征，工程上主要采用蠕变极限、持久极限、持久寿命及应力松弛等指标，本文主要选用持久极限与持久寿命作为蠕变性能的表征。 目前国内外学者主要集中于对锻造钛合金的研究，而对激光快速成形钛合金的研究报道较少，因此本文以激光快速成形技术制备的TC11钛合金板材为试验原料，采用金相显微镜（OM）和扫描电子显微镜（SEM），重点研究了激光快速成形TC11钛合金沉积态、及在α+β两相区与β单相区退火处理的组织变化规律。测试了激光快速成形TC11钛合金的持久极限和持久寿命，利用扫描电镜（SEM）分析了合金的断裂机理。得出以下主要结论： 1.激光快速成形TC11钛合金宏观组织具有明显的定向凝固组织特征，为贯穿多个熔覆层外延生长的柱状晶；晶内显微组织由排列细密的网篮组织构成。 2.激光快速成形TC11钛合金经α+β两相区下部退火处理，晶内生成长棒状初生α，晶内显微组织由初生α与β转变组织构成；经α+β两相区中上部退火处理，晶内初生α根部出现“根须”状形态，形成一种具有“叉形形貌”的特殊双态组织，随着退火温度的升高，初生α的“根须”变得明显，并且合金中初生α的体积分数和长宽比逐渐降低。 3.激光快速成形TC11钛合金经α+β两相区中上部退火处理，晶界连续α开始溶解，出现球化现象，随着退火温度的升高，晶界的溶解、球化现象变得明显。由于晶界的特性，球化结果最终导致出现两种不同形态的球化晶界α。 4.激光快速成形TC11钛合金经β单相区退火处理，柱状晶通过重结晶方式，逐步转变为粗大的多边形晶粒，降低了激光快速成形试样的横、纵向宏观组织差异性；晶内初生α消失，析出连续排列的片层状α，形成一种介于网篮组织与魏氏组织之间的组织。 5.激光快速成形TC11钛合金经α+β两相区双重退火，在500℃/660MPa的试验条件下，横向持久寿命可达235h，断裂方式为沿晶脆性断裂，纵向持久寿命为33h，断裂方式为穿晶韧性断裂；经β单相区退火处理，530℃空冷后，在500℃/660MPa的试验条件下，横、纵向持久寿命被显著拉近，横向持久寿命为97h，纵向寿命为99h，断裂方式均为混合韧性断裂。 关键词：激光快速成形，TC11钛合金，退火，显微组织，持久断裂