题目：激光熔化沉积TC18钛合金组织与力学性能

 

TC18近β钛合金具有强度高、淬透性好等优点，适宜于制造飞行器大型承力结构件。开展激光熔化沉积TC18钛合金研究，对推动TC18钛合金大型结构件短周期、低成本制造具有重要意义。其中，通过热处理优化组织获得良好的综合力学性能是激光熔化沉积TC18钛合金工程化应用的前提，而目前相关研究却鲜有报道。本文系统研究了激光熔化沉积TC18钛合金沉积态和热处理组织与力学性能，并基于固态相变、扩散和位错等理论揭示了组织形成机理、组织对力学性能的影响机理。在此基础上，设计了多种新型热处理工艺，显著改善了合金的力学性能。研究结果表明：

1.      沉积态呈现出“长柱状”和“竹节状”晶粒平行交替排列的特殊β晶粒形貌、两种条带状热影响区、细网篮组织、连续晶界α相和枝晶偏析等组织特征。这些组织特征的形成与激光熔化沉积过程中的高冷却速度、高温度梯度和复杂热循环作用密切相关。

2.      细网篮组织使沉积态合金呈现高强度。连续晶界α相导致合金呈现低塑性，主要原因是连续晶界α相两侧存在低强度无α相析出区，与其周边α相析出强化区域存在强度差异。在受力时，不同区域变形不协调，易造成裂纹沿无α相析出区形核扩展，从而形成沿晶断裂。

3.      为消除连续晶界α相，设计了两种热处理新工艺。①亚临界三重热处理工艺（“亚临界”为β转变温度以下10 °C）。在亚临界退火过程中，晶界α相的溶解和球化促使其断续。②晶界α相颗粒化预处理工艺。在晶界α相形成过程中，通过等温热处理（如840 ºC/2h）控制晶界α相形核数量和生长形貌，可得到断续颗粒状的晶界α相。两种热处理均可大幅度减少连续晶界α相。合金呈现穿晶断裂，塑性大幅度提高，拉伸性能可达到TC18钛合金锻件标准。

4.      为促进α相球化，设计了亚临界长时退火工艺，可得到短棒状 α相（长径比约3.5）。通过分析亚临界长时退火中的α相球化机理，进一步设计了亚临界短时多次退火，可获得近球状α相（长径比约1.7），提高了合金塑性。

5.      连续晶界α相在合金α相含量少或强度高时对塑性的降低效果更显著。为定量表征晶界α相断续程度，提出了晶界α相断续度的概念，并发现晶界α相断续度与TC18钛合金延伸率呈线性关系。这使得通过组织观察预测钛合金塑性成为可能。