激光熔化沉积TC4钛合金退火热处理及特种双态组织形成机制

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雅宝题库解析：
本文采用激光熔化沉积快速成形技术制备出具有快速凝固超细网篮组织的TC4钛合金板材，研究其在双相区热处理固态相变形核与生长动力学行为，揭示其固态相变相选择规律、相形态演化机制，在两相区上部退火获得特种双态组织，研究特种双态组织形成机理，研究热处理参数即退火温度、退火时间及冷却方式对激光快速成形TC4钛合金显微组织及显微硬度的影响，为优化激光快速成形TC4钛合金材料的热处理制度和获得高性能钛合金构件提供指导。主要结果如下：(1) 激光快速成形TC4钛合金沉积态组织为贯穿多个熔覆层呈外延生长特征的β柱状晶，柱状晶粒内部为超细网篮组织。(2) 系统研究了激光熔化沉积快速成形TC4钛合金在相变点附近的α相溶解动力学。研究结果表明，随保温时间延长初生α体积分数减小，保温2h后达到两相平衡。保温1min显微组织形态变化不明显，保温5min由于非平衡固态相变而产生端部为叉形的初生α，保温30min初生α体积分数急剧减小为2.1%，且出现短棒状和球状初生α。(3) 激光熔化沉积成形TC4钛合金退火热处理研究表明：激光熔化沉积TC4钛合金在两相区上部退火可获得有别于传统双态组织的由粗大蟹状初生α和细小β转变组织组成的特殊双态组织。粗大蟹状初生α的体积分数、尺寸对相变点以下15~25℃温区内退火温度变化极其敏感。随退火温度升高，初生α体积分数减小，亚相变点处其体积分数急剧减少，长度减小，宽度略增，长径比减小。而短时热处理对蟹状初生α宽度影响不大。两相区中部退火组织显微硬度略高于两相区上部退火组织显微硬度值；在两相区上部退火，随退火温度升高，其显微硬度变化不明显。显微硬度随退火时间延长略增。(4) 连续空冷实验研究结果表明：蟹状形貌形成机理为固溶后空冷过程中β扩散分解的次生α相直接依附于初生α外延生长。亚临界退火后冷却过程中β→α+β转变的充分进行及在α+β两相区上部固溶处理以产生足够的β相是蟹状初生α及特种双态组织形成的必要条件。激光熔化沉积TC4钛合金在两相区上部保温较长时间(4h)仍可获得特殊双态组织。固溶后空冷10s左右初生α端部的蟹状形貌明显，表明β→α+β扩散型相变较充分进行需要空冷时间下限为10s左右。(5) 激光熔化沉积成形TC4钛合金双重退火热处理研究表明：二次退火温度增加至700℃时，β相粒化，初生α球化且次生α片层粗化。双重退火热处理后合金的显微硬度高于退火态组织，600℃二次退火显微硬度达到最大值，其比退火态显微硬度高9%，比沉积态显微硬度高4%。