小序

TC4钛合金是一种具有高强综合性能的α+β型钛合金，，，，，，，，其具有密度小、综协力学性能优异、耐侵蚀性好等优点，，，，，，，，普遍应用于航空航天、修建、化工等领域[1-3]。。。。。。。然而，，，，，，，，钛合金构件的古板铸造要领保存制造周期长、质料使用率低、可成形造型有限、本钱高、结构冗余等弱点，，，，，，，，亟需提出一种新的成形工艺要领解决上述问题。。。。。。。与古板钛合金构件铸造要领相比，，，，，，，，新兴的激光增材手艺——激光立体成形手艺（lasersolidforming，，，，，，，，LSF）具有周期短、效率高、可实现重大零件成形等优点[4]，，，，，，，，将古板钛合金构件的铸造要领与激光增材制造手艺相团结，，，，，，，，能填补古板铸造钛合金构件要领的弱点，，，，，，，，在制造钛合金构件上具有优异的应用远景。。。。。。。

基于铸造和增材制造的复合成形手艺的原理是凭证构件的结构特征，，，，，，，，分为铸造制造区域和增材制造区域，，，，，，，，关于简朴的造型区域接纳铸造制造，，，，，，，，关于重大造型如薄壁、腔体等造型接纳增材制造，，，，，，，，兼备古板铸造和增材制造的优点，，，，，，，，同时在钛合金构件修复或再制造上使用增材制造手艺[5]，，，，，，，，也是本复合成形要领的主要应用。。。。。。。

影响铸造和增材制造的复合成形TC4钛合金件性能的要害在于基体与增材的团结区域。。。。。。。热处置惩罚对团结区的微观形貌和性能都有很主要的影响，，，，，，，，通过适当的热处置惩罚工艺可以优化TC4复合制造件团结区的组织和性能，，，，，，，，从而使整体复合制造件的组织和性能抵达国家标准。。。。。。。关于钛合金的热处置惩罚研究，，，，，，，，海内外学者做了大宗相关事情。。。。。。。Tian[6]研究了差别固溶温度和冷却速率对激光沉积钛合金的影响，，，，，，，，较高的冷却速率能形成细薄的转变β组织从而提高钛合金件的强度。。。。。。。Ren[7]研究了固溶热处置惩罚对增材区组织的影响，，，，，，，，转变β组织增多，，，，，，，，且转变β组织里的次生α相比增材区的初生α相要小得多。。。。。。。Zhang[8]研究批注随着固溶温度的提高，，，，，，，，初生条状α相的宽度增添，，，，，，，，同时体积分数下降，，，，，，，，导致TC4钛合金强度下降，，，，，，，，延伸率提高。。。。。。。现在，，，，，，，，对增材制造的TC4钛合金构件热处置惩罚的研究较为富厚，，，，，，，，但多集中于研究热处置惩罚对增材制造构件微观组织和性能影响。。。。。。。然而，，，，，，，，关于增材和铸造复合成形的TC4钛合金件固溶处置惩罚研究相对较少。。。。。。。由于增材和铸造复合成形的结构件性能受团结区组织和性能影响，，，，，，，，因此有须要研究固溶处置惩罚对复合成形件团结区的影响。。。。。。。

TC4钛合金通过锻/增复合成形制备时，，，，，，，，关于?增材区域，，，，，，，，固溶处置惩罚可以有用改善力学性能；；；；；可是，，，，，，，，关于团结区域，，，，，，，，需要思量差别固溶处置惩罚工艺对种种力学性能的综合影响，，，，，，，，进而获得最合适的固溶处置惩罚计划。。。。。。。本文研究固溶处置惩罚对复合成形TC4钛合金件团结区组织和性能的影响，，，，，，，，并对差别固溶处置惩罚后团结区组织的形成机制举行了剖析，，，，，，，，为提高和优化复合成形TC4钛合金件的热处置惩罚工艺提供了参考。。。。。。。

1、质料及实验要领

本实验所接纳的增材基体为锻态TC4钛合金，，，，，，，，基体尺寸为20mm×30mm×100mm的长方体，，，，，，，，铸造工艺如下：950℃自由锤锻，，，，，，，，变形量为20％-40％，，，，，，，，空冷，，，，，，，，其微观组织见图1。。。。。。。

实验所接纳的激光增材部分（AdditiveManufacturingarea,AMarea）的钛合金粉末由旋转电极雾化法制造，，，，，，，，颗粒度为75-150μm（见图2），，，，，，，，因素见表1，，，，，，，，使用前在真空炉中举行烘干。。。。。。。

试验增材部分接纳的是铂力特C1000同轴送粉增材装备制备的LSF成形件。。。。。。。试验前对基体外貌举行处置惩罚，，，，，，，，用砂纸打磨基体外貌去掉氧化层，，，，，，，，然后用丙酮洗濯后吹干。。。。。。。激光增材部分接纳表2的激光工艺参数，，，，，，，，在基体上群集5mm×30mm×80mm的单道薄壁，，，，，，，，扫描方法为往复扫描。。。。。。。样件实物图以及拉伸试样选取如图3所示，，，，，，，，拉伸试样选取位置见图3(a)，，，，，，，，拉伸件尺寸见图3(b)。。。。。。。接纳差别的工艺对复合成形的TC4钛合金的工件举行固溶处置惩罚，，，，，，，，其温度划分为800℃、880℃、960℃和1040℃，，，，，，，，保温时间均为1h，，，，，，，，冷却方法划分为炉冷和空冷。。。。。。。

2、效果与讨论

2.1固溶处置惩罚下的微观组织演变

2.1.1微观组织演变

图4(a)是1000倍SEM电镜下未经任何热处置惩罚的复合成形件团结处微观组织图，，，，，，，，上部分为增材区域，，，，，，，，下部分为铸造基体。。。。。。。团结处上部分的增材区域为典范的网篮组织[9-10]，，，，，，，，激光热源使粉末融化熔池温度抵达2000℃以上，，，，，，，，形成粗大的β晶粒组织，，，，，，，，随着热源远去，，，，，，，，从β晶内析出的棒状α相和针状α'相[11-12]，，，，，，，，相互交织漫衍且截断形成。。。。。。。

图4(b)为增材区域的放大，，，，，，，，通过图4(b)可知，，，，，，，，短棒状α相的宽度在0.5μm左右。。。。。。。在团结区下方，，，，，，，，基体受激光增材前面几层爆发的热量影响，，，，，，，，初生α相回复成逐渐消融的中心状态，，，，，，，，尺寸巨细为10μm~30μm之间，，，，，，，，称为“阴影α相”[13-14]。。。。。。。图5、图6划分为空冷和炉冷条件下差别固溶温度下的电镜微观组织形貌，，，，，，，，图中黄色点画线为增材区域和基体区域的分界。。。。。。？？？？？？绽涮跫下，，，，，，，，初始α相长大，，，，，，，，β相转变为细板条状[6]。。。。。。？？？？？？绽淅淙此俾式峡欤，，，，，，形成的α相没有相互融合的历程，，，，，，，，冷却历程中相互截断，，，，，，，，导致相比于炉冷的片层状α相更细更短，，，，，，，，见图5(a)、5(b)、5(c)。。。。。。。而在炉冷条件下，，，，，，，，较低的冷却速率导致原先细小的片层状α相生长合并从而粗化[15]，，，，，，，，见图6(a)、6(b)、6(c)。。。。。。。在1040℃固溶温度下，，，，，，，，炉冷和空冷的基体区域的微观组织和增材戋戋域的微观组织已经没有显着的界线，，，，，，，，都是较大片的片层状α相，，，，，，，，这是由于1040℃已经凌驾Tβ，，，，，，，，原先团结区周围的细小短棒状α相和基体双态组织都重新履历了α相向β相转变再重新冷却形成片层状的α相的历程，，，，，，，，见图5(d)和图6(d)。。。。。。。在1040℃固溶处置惩罚条件下，，，，，，，，相比空冷，，，，，，，，炉冷的次生α相更粗大，，，，，，，，见图8(e)和图8(i)。。。。。。。

由图5(c)和图6(c)可知，，，，，，，，炉冷条件下的冷却速率较慢，，，，，，，，保存一定的保温效果，，，，，，，，在炉冷的历程中原子扩散举行的更充分，，，，，，，，有利于次生α相的形核、生长和融合，，，，，，，，形成的片层状α相更粗[16]。。。。。。。随着固溶温度升高，，，，，，，，最后形成的α相片层变得粗大[14,17,18]，，，，，，，，这是由于在固溶退火历程中，，，，，，，，晶界差别较小的α相可能受热爆发融合，，，，，，，，导致新天生的α相长大。。。。。。。

图7为差别固溶温度条件下团结处周围的XRD图谱。。。。。。。在空冷条件下，，，，，，，，见图7(a)，，，，，，，，未做任何热处置惩罚的样件团结处β相占比很是。。。。。。。，，，，，，800℃固溶处置惩罚后样件相比于未热处置惩罚的样件其β相比例略有升高，，，，，，，，在960℃和1040℃固溶1小时空冷以后，，，，，，，，基本上不保存β相，，，，，，，，1040℃固溶热处置惩罚后样件晶面取向为(101?0)的α/α'相占较量高。。。。。。。在炉冷条件下，，，，，，，，见图7(b)，，，，，，，，800℃/880℃固溶温度下β相比例随着固溶温度升高而升高，，，，，，，，960℃固溶温度下β相的比例下降，，，，，，，，1040℃固溶温度下β相的比例上升且晶面取向为(211)的β相较多。。。。。。。

2.1.2EBSD剖析

划分取未做热处置惩罚、固溶温度为800℃/880℃/960℃/1040℃空冷、固溶温度为800℃/880℃/960℃/1040℃炉冷条件下的样件团结区域做EBSD剖析，，，，，，，，获得图8。。。。。。。图8(a)为未做任那里置的样件团结处周围，，，，，，，，上方为增材区，，，，，，，，为网篮状结构，，，，，，，，组织为针状α相，，，，，，，，下方为铸造基体，，，，，，，，为双态组织。。。。。。。图8(b)、8(c)、8(d)、8(e)为空冷条件下固溶温度为800℃、880℃、960℃和1040℃团结处周围的EBSD图，，，，，，，，随着温度的升高，，，，，，，，团结处下方的铸造基体的双态组织逐渐消融消逝形成新的片层状α相，，，，，，，，球状等轴α相逐渐转变为针状α相，，，，，，，，且团结处周围的针状α相逐渐变粗变长，，，，，，，，形成类似于增材区网篮组织的棒状α相，，，，，，，，而原先增材区的细小的棒状α相，，，，，，，，变长变粗，，，，，，，，见图8(e)。。。。。。。图8(f)、8(g)、8(h)、8(i)为炉冷条件下固溶温度为800℃、880℃、960℃和1040℃团结处周围的EBSD图，，，，，，，，炉冷和空冷差别，，，，，，，，冷却速率较慢，，，，，，，，随着温度升高增材区域的棒状α相变长变粗(见图8(h)和图8(i))，，，，，，，，团结区域的针状α相也逐渐长大变粗[19,20]。。。。。。。炉冷和空冷条件下，，，，，，，，随着固溶温度的升高，，，，，，，，增材区域的α相都粗化；；；；；团结处的α相都逐渐消逝，，，，，，，，转变为β相冷却后再次转变为α相（次生α相），，，，，，，，此时增材区域和铸造区域已经形成一体；；；；；固溶处置惩罚历程中，，，，，，，，当温度凌驾Tβ，，，，，，，，铸造基体的等轴α相转变为β相，，，，，，，，冷却历程中随着温度降低β相转变为次生α相。。。。。。。

空冷和炉冷差别之处在于温度下降的速率纷歧样，，，，，，，，炉冷温度下降的速率较慢，，，，，，，，新形成的次生α相在冷却历程中逐渐长大。。。。。。。

2.2固溶处置惩罚对力学性能的影响

2.2.1单向拉伸

在空冷和炉冷条件下，，，，，，，，差别固溶温度与强度之间的关系见图9。。。。。。。无论是空冷条件照旧炉冷条件下，，，，，，，，800℃的抗拉强度和屈服强度均最大，，，，，，，，空冷抗拉强度和屈服强度划分为924MPa和847MPa，，，，，，，，炉冷条件下抗拉强度和屈服强度划分为966MPa和881MPa。。。。。。。随着固溶温度升高，，，，，，，，抗拉强度和屈服强度都泛起一定水平的降低，，，，，，，，这是由于通过固溶处置惩罚后，，，，，，，，细小的α相转变为较粗的次生α相，，，，，，，，导致拉伸强度和屈服强度的下降。。。。。。。固溶温度为1040℃时，，，，，，，，空冷的平均强度为768MPa，，，，，，，，炉冷的平均强度为676MPa，，，，，，，，空冷的强度比炉冷强度高，，，，，，，，这是由于空冷获得组织为网篮组织，，，，，，，，炉冷获得的组织为大宗片状α相和少量β相，，，，，，，，炉冷获得α相的宽度比空冷的α相大[14]，，，，，，，，以是1040℃固溶处置惩罚后空冷获得的复合成形件强度要高于炉冷的强度。。。。。。。延伸率和固溶温度之间的关系见图10，，，，，，，，固溶处置惩罚后试样的塑性下降[21]，，，，，，，，空冷条件下800℃温度最好，，，，，，，，整体趋势也是随着温度的增高而下降。。。。。。。

这是由于温度越高，，，，，，，，晶粒越大，，，，，，，，变形协调性越差，，，，，，，，塑性越低。。。。。。。未作任何热处置惩罚的复合成形件其抗拉强度和屈服强度划分为940MPa和840MPa，，，，，，，，经由800℃炉冷固溶热处置惩罚后其抗拉强度和和屈服强度划分提高了26MPa和41MPa。。。。。。。

图11为未做任何热处置惩罚的复合成形件拉伸样件的断口，，，，，，，，断口在增材区和铸造基体区均有泛起，，，，，，，，图11(a)为断裂位置在增材区域的断口，，，，，，，，图11(b)为断裂在铸造区域的断口。。。。。。。增材区域的组织为针状α相，，，，，，，，在拉伸历程中容易造成应力集中，，，，，，，，加速裂纹的爆发，，，，，，，，进而过早断裂。。。。。。？？？？？？拷霾那虻幕澹，，，，，，由于往复增材的热量导致靠近团结区的组织不匀称，，，，，，，，容易断裂。。。。。。。断裂在铸造基体的断口形貌，，，，，，，，韧窝更浅更大，，，，，，，，体现出来的抗拉强度和屈服强度比断裂在增材区域的拉伸件要低。。。。。。？？？？？？绽涮跫下，，，，，，，，800℃和880℃拉伸试样断口位于增材区域断裂，，，，，，，，960℃和1080℃拉伸试样断口位于团结区周围断裂。。。。。。。炉冷条件下，，，，，，，，800℃和880℃拉伸试样断口位于增材区域断裂，，，，，，，，960℃拉伸试样断口位置为团结区周围偏增材区断裂，，，，，，，，1080℃拉伸试样断口位于团结区周围偏铸造基底区。。。。。。。在800℃和880℃固溶条件下，，，，，，，，增材区组织长大，，，，，，，，韧性下降，，，，，，，，拉伸时容易泛起断口。。。。。。。在固溶温度靠近或凌驾Tβ温度时，，，，，，，，团结区和增材区组织基本一致，，，，，，，，拉伸时断口容易泛起在团结区周围。。。。。。。图12和图13划分是空冷和炉冷条件下，，，，，，，，差别固溶温度热处置惩罚后拉伸试样的断口，，，，，，，，图12(a)、12(b)和图13(a)、13（b）都是韧性断裂，，，，，，，，有较多的韧窝，，，，，，，，随着热处置惩罚固溶温度的升高，，，，，，，，断面的韧窝逐渐镌汰变浅，，，，，，，，图12(c)、12(d)和图13(c)、13(d)均为混淆断裂[22]，，，，，，，，既有解理台阶，，，，，，，，也有韧窝，，，，，，，，这些断裂类型与他们所体现出来的拉伸性能相切合，，，，，，，，即随着固溶热处置惩罚温度升高，，，，，，，，屈服强度和抗拉强度下降，，，，，，，，到1040℃固溶温度时主要为脆性断裂[23]。。。。。。。

2.2.2微观硬度

图14为差别固溶温度热处置惩罚后样件团结区域周围的硬度，，，，，，，，横坐标为到团结处的位移，，，，，，，，负值体现往铸造基体偏向，，，，，，，，正值体现往增材制造区域偏向。。。。。。。针状α'相和短棒状的α相组织能增添团结区的硬度[24]，，，，，，，，可是同时降低了团结区的延展性。。。。。。。

空冷条件下的团结区周围大部分区域硬度规模在300HV~315HV之间。。。。。。。炉冷条件下，，，，，，，，冷却速率较慢，，，，，，，，固溶温度在相变温度以下的微观组织里的α相尺寸较。。。。。。。，，，，，，硬度较高，，，，，，，，微观组织因素较量稳固，，，，，，，，800℃固溶热处置惩罚条件下α相尺寸最。。。。。。。，，，，，，以是硬度最高。。。。。。。1040℃固溶热处置惩罚条件下硬度最低，，，，，，，，这是由于他们的微观组织形成的α相的宽度要粗大且长。。。。。。。

3、结论

对增材和铸造团结的复合成形TC4钛合金件举行差别条件的固溶热处置惩罚，，，，，，，，并将性能和微观组织举行比照研究，，，，，，，，效果批注：

(1)固溶处置惩罚温度会影响团结区微观组织形貌，，，，，，，，随着固溶温度升高，，，，，，，，复合成形的TC4钛合金件团结处的组织由细小短棒状α相逐渐长大变粗。。。。。。。在Tβ温度以下，，，，，，，，增材和铸造区域的微观分区仍较量显着，，，，，，，，但随着固溶温度升高，，，，，，，，微观组织逐渐趋于一致。。。。。。。固溶温度凌驾Tβ以后，，，，，，，，原本显着的基体和增材区分界已经变为一体的转变β相组织（次生α相和少量保存β相）。。。。。。。

(2)随着固溶温度升高，，，，，，，，无论冷却方法是空冷照旧炉冷，，，，，，，，复合成形的TC4钛合金件屈服强度和抗拉强度均随着温度升高而下降。。。。。。。当固溶温度凌驾Tβ温度以后，，，，，，，，拉伸试样主要为脆性断裂。。。。。。。

(3)固溶温度800℃、保温1小时炉冷条件下的锻增复合成形TC4钛合金件抗拉强度和屈服强度最好，，，，，，，，硬度最好，，，，，，，，但延伸率一样平常。。。。。。？？？？？？绽涮跫样品的片层α相宽度要小于炉冷条件的样品。。。。。。。同时炉冷条件下，，，，，，，，固溶温度越高，，，，，，，，硬度越低，，，，，，，，且团结处周围的硬度要高于远离团结处的硬度。。。。。。。

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作者简介:王亚辉，，，，，，，，男，，，，，，，，1990 年生，，，，，，，，硕士研究生。。。。。。。研究偏向为增材制造、铸造成形。。。。。。。E-mail:wangyahui@hust.edu.cn。。。。。。。唬；；；屏粒ㄍㄑ蹲髡撸，，，，，，男，，，，，，，，1981 年生，，，，，，，，教授、博士研究生导师。。。。。。。研究偏向为高强韧金属质料及其特殊能。。。。。。。ǖ纭⒋拧⒊龋┳饔孟麓笮透咝阅芙鹗艄辜热成形理论和手艺。。。。。。。E-mail:huangliang@hust.edu.cn。。。。。。。

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