题目：激光熔化沉积Ti60高温钛合金组织及高温持久性能

本文以使用温度达到600℃的航空发动机零部件材料——近α型高温钛合金Ti60为研究对象，采用激光熔化沉积快速成形技术，以高温钛合金Ti60真空超声氩气雾化粉末为原材料，制备出高温钛合金Ti60激光连续熔化沉积棒材和激光多道搭接逐层熔化沉积板材试样，并对棒材Ti60合金进行退火热处理，同时测试了激光熔化沉积Ti60棒材成形态和优化热处理态试样的高温持久性能。采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、电子探针（EPMA）、X射线等测试技术分析了激光熔化沉积高温钛合金Ti60显微组织及稀土复合物形貌特征，研究了凝固组织形成机理，建立了稀土复合物析出行为模型，同时对棒材Ti60合金退火热处理工艺及其对合金组织性能的影响，以及高温持久断口断裂行为方式进行了理论分析。结果表明：1．激光原位提升连续熔化沉积高温钛合金Ti60棒材主体凝固组织由以棒材轴心呈微“八”字形对称分布的定向生长柱状晶构成，柱状晶内部为近乎无侧向分枝的胞状晶组织，其胞晶间距约45～50μm，凝固后室温组织为层片状魏氏组织；棒材顶端组织由最顶端的细小等轴晶区、无侧向分枝高速端细胞晶区以及胞状树枝晶区构成； 2．激光多道搭接逐层熔化沉积板材高温钛合金Ti60具有细小均匀的完全无侧向分枝“之”字形交替生长超细胞晶快速定向凝固组织，其超细胞晶间距约5～9μm，凝固后室温组织为编织状网篮组织；在基材TA15与激光熔化沉积Ti60合金的连接过渡区存在TA15基材固态相转变区，且激光熔化沉积Ti60合金以TA15基材完全重结晶β晶粒为异质形核基底进行沿方向的外延定向凝固生长；3．激光熔化沉积高温钛合金Ti60中稀土复合物颗粒尺寸细小，其在晶界及晶内均有分布，其中棒材晶界处稀土复合物呈椭圆状，尺寸约0.8～1.6μm，晶粒内颗粒稍大些，多呈圆球状，尺寸约为1.2～2.0μm；板材稀土复合物细小密集得多，其晶粒内部和晶界处稀土复合物颗粒形状均近似圆球状，且尺寸相当，约为0.2～0.8μm；激光熔化沉积快速成形Ti60棒材和板材中稀土复合物均富含Nd、Sn和O三种元素，并以稀土金属间化合物和稀土氧化物共存形式存在，其在液态下形核析出，沿胞壁均匀分布，构成亚结构轮廓；4．激光熔化沉积Ti60合金进行α+β两相区内空冷退火热处理，获得条状初生α相＋β转变组织的混合双态组织，且随着两相区退火热处理温度的升高，初生α相体积分数不断减少，但其片层厚度呈现两种尺寸形态：在α+β两相区较低温处，所占体积分数极多，且数量很大，但片层厚度较小；而在α+β两相区中上部，初生α相的数量减少，但片层厚度较大，且其随温度变化趋势较小；5．激光熔化沉积Ti60合金中稀土复合物在退火热处理过程中，无论退火温度、保温时间和冷却方式如何变换，稀土复合物保持良好的高温稳定性，其颗粒尺寸、形貌特征、分布状态基本保持不变，且所占合金基体的体积分数基本稳定；6．激光熔化沉积Ti60高温钛合金棒材具有优异的高温持久性能，其在600℃ /310MPa平均持久寿命较同实验条件下轧制Ti60合金的提高7倍以上，达到354.44h；其高温持久断口宏观上呈现沿晶、穿晶混合断裂特征，实质为微孔聚集型韧性断裂，且其微观等轴韧窝断口形貌以及断口亚表面片层组织的大塑性变形特征表明该合金也具有较好的高温韧性。激光熔化沉积Ti60热处理态棒材高温持久寿命达到254.57h，且高温持久塑性因初生α相的存在而得到明显改善。