序言

TC11是一种α+β型热强钛合金，，，，，，，，由于其优异的耐侵蚀性、热稳固性、抗蠕变性和高强度而被应用于航空发念头的压气机盘、叶片、环形件和紧固件中[1-4]，，，，，，，，而钛合金高昂的原质料本钱限制了其应用规模。。。。。。。。选区激光熔化(selectivelasermelting，，，，，，，，SLM)手艺使用激光逐层熔化金属粉末，，，，，，，，能够实现重大几何形状金属零件的近净尺寸成形[5-7]，，，，，，，，具有成形精度高、试样外貌质量好、顺应性强、质料使用率和制造效率高等一系列优点[8-9]。。。。。。。。另外，，，，，，，，SLM一样平常在惰性气氛舱或真空情形条件下举行，，，，，，，，能够阻止金属零件受到空气的污染，，，，，，，，十分适合于钛合金零件的制作[10]。。。。。。。。

SLM手艺可制作的零件尺寸受限于气氛舱和真空舱室的体积，，，，，，，，无法实现超大几何尺寸零部件一体成形，，，，，，，，可能需要通过焊接手艺实现SLM零件间的毗连。。。。。。。。另外，，，，，，，，SLM零件在现实应用历程中可能需要与铸造基体举行毗连。。。。。。。。然而，，，，，，，，钛合金SLM试样的组织特征是粗大的原始β柱状晶粒，，，，，，，，内部由细小的马氏体α相组成[11-13]，，，，，，，，与铸造钛合金的组织保存显着差别，，，，，，，，影响其焊接性能。。。。。。。。

有关学者已经开展了增材制造钛合金的焊接性能研究。。。。。。。。Chen等人[14]研究了40mm厚激光沉积TC11合金电子束焊接讨论的组织和力学性能，，，，，，，，效果批注，，，，，，，，焊缝组织为细小的针状马氏体α′，，，，，，，，增材制造基体组织为片层状α相，，，，，，，，因此，，，，，，，，焊缝的显微硬度高于基体，，，，，，，，且拉伸试验的断裂位置均泛起在基体处。。。。。。。。另外，，，，，，，，原始β晶粒保存显着的制作织构，，，，，，，，制作偏向的拉伸试样抗拉强度高于水平偏向的拉伸试样。。。。。。。。同样，，，，，，，，TC4作为α+β型钛合金，，，，，，，，是现在应用最普遍、研究最充分的钛合金。。。。。。。。Yu等人[15]研究了差别工艺下TC4激光焊接讨论的力学性能，，，，，，，，效果批注，，，，，，，，选区激光熔化TC4(TC4-SLM)/TC4-SLM焊缝与TC4-SLM/铸造TC4(TC4-R)焊缝的显微硬度、强度和疲劳裂纹扩展速率靠近。。。。。。。。Xu等人[16]开展了电子束焊接偏向对增材制造TC4(TC4-AM)/TC4-R讨论性能的影响研究，，，，，，，，效果批注，，，，，，，，拉伸试样断裂位置均在增材试样处，，，，，，，，且水平偏向增材制造与铸造钛合金的焊接讨论强度高于制作偏向增材与铸造钛合金的强度。。。。。。。。Sun等人[17]研究了TC4-AM/TC4-R激光焊接讨论的力学性能，，，，，，，，效果批注，，，，，，，，TC4-AM/TC4-R合金激光焊接讨论的力学性能取决于增材制造TC4合金的性能。。。。。。。。另外，，，，，，，，焊接偏向与电子束熔化TC4制作偏向的夹角由0°增添至45°时，，，，，，，，讨论断后伸长率由9.0%降低至6.0%。。。。。。。。Qin等人[18]研究了电子束熔化TC4合金摩擦焊讨论的微观组织和力学性能，，，，，，，，效果批注，，，，，，，，与增材TC4基体粗大的柱状晶粒差别，，，，，，，，焊缝为等轴α晶粒；；；；；；；基体的抗拉强度和断后伸长率划分为1046MPa±13MPa和10.0%±1.0%，，，，，，，，讨论抗拉强度和断后伸长率划分为1034MPa±9MPa和13.0%±1.0%。。。。。。。。

现在的研究主要集中于增材制造/铸造钛合金焊接讨论的微观组织和力学性能，，，，，，，，铸造/铸造钛合金焊接讨论和增材制造/增材制造钛合金焊接讨论微观组织和力学性能的差别需开展深入研究。。。。。。。。因此，，，，，，，，开展了TC11-R/TC11-R，，，，，，，，TC11-AM/TC11-AM和TC11-AM/TC11-R的激光焊接，，，，，，，，团结电子背散射衍射手艺表征了焊接讨论差别位置组织，，，，，，，，并比照研究了差别焊接讨论的微观组织、显微硬度和抗拉强度，，，，，，，，为钛合金增材件与铸造件的应用提供理论和数据支持。。。。。。。。

1、试验要领

1.1试验质料

使用SLM-260型选区激光熔化装备增材制造尺寸为100mm×50mm×1.6mm的TC11合金试样，，，，，，，，激光波长为1070nm，，，，，，，，光斑直径为60μm。。。。。。。。SLM工艺参数如表1所示。。。。。。。。

SLMTC11试样，，，，，，，，即增材试样的致密度为99.7%，，，，，，，，试样外貌形貌如图1所示，，，，，，，，外貌保存大宗部分熔化的TC11粉末，，，，，，，，外貌不平度为49.06μm。。。。。。。。其组织特征是粗大的原始β柱状晶粒，，，，，，，，内部由相互交织的细小马氏体α′组成，，，，，，，，如图2所示。。。。。。。。

铸造TC11合金的微观组织为典范的等轴组织，，，，，，，，由等轴α相和转变β组织组成如图3所示。。。。。。。。

增材制造和铸造TC11合金的力学性能如表2所示。。。。。。。。SLM增材制造TC11合金抗拉强度为1691MPa，，，，，，，，断后伸长率为5.0%。。。。。。。。相比铸造TC11合金，，，，，，，，强度提高了15.2%，，，，，，，，塑性降低了50.0%。。。。。。。。

1.2试验办法

接纳由IPG-8000型光纤激光器、ABB6轴机械人和局部惰性气体；；；；；；；ぷ爸米槌傻募す夂附酉低，，，，，，，，激光波长为1070nm，，，，，，，，光斑直径为200μm。。。。。。。。使用砂纸和酒精打磨、洗濯焊接坡口。。。。。。。。TC11-R/TC11-R讨论、TC11-AM/TC11-AM讨论和TC11-AM/TC11-R讨论接纳激光焊工艺参数，，，，，，，，即激光功率为1022W、焊接速率为15mm/s、离焦量为0mm。。。。。。。。

焊后使用电火花线切割机切取金相试样。。。。。。。。试样经由差别颗粒度的砂纸打磨和SiO2抛光液抛光后，，，，，，，，使用keller试剂(HF∶HNO3∶H2O=1∶3∶10)侵蚀。。。。。。。。使用ZEISSObserver。。。。。。。。Z1m型光学显微镜表征焊接讨论的微观组织。。。。。。。。使用扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope,SEM)和牛津HKL-Channel5数据收罗软件举行电子背散射衍射(electronbackscattereddiffraction,EBSD)试验。。。。。。。。将试样置于温度为20℃，，，，，，，，且25V的电压下在由6%高氯酸、30%正丁醇和64%甲醇组成的电解液中电抛光40s。。。。。。。。将处置惩罚好的试样举行EBSD数据收罗和数据剖析试验，，，，，，，，步长为0.5μm。。。。。。。。

在XHVT-1000Z型显微硬度计上举行维氏硬度试验，，，，，，，，加载载荷为5N，，，，，，，，加载时间为10s，，，，，，，，加载速率为30μm/s。。。。。。。。使用电火花线切割机切取拉伸试样，，，，，，，，拉伸试样尺寸如图4所示。。。。。。。。凭证标准GB/T2651—2008《焊接讨论拉伸试验要领》在Instron万能试验机上举行拉伸试验，，，，，，，，拉伸速率为0。。。。。。。。2mm/min。。。。。。。。为了包管数据的准确性，，，，，，，，每组拉伸试验切取3个试样，，，，，，，，效果取其平均值。。。。。。。。使用超声波洗濯断口30min后使用SU8230型扫描电子显微镜视察拉伸试样断口形貌。。。。。。。。

2、试验效果与剖析

2.1组织特征

图5、图6和图7划分为TC11-R/TC11-R讨论、TC11-AM/TC11-AM讨论和TC11-AM/TC11-R讨论TC11合金焊接讨论组织。。。。。。。。从图5a讨论横截面可以显着区分出焊缝区和热影响区，，，，，，，，其宽度划分约为2.0mm和0.8mm。。。。。。。。焊缝区微观组织为粗大的柱状晶粒，，，，，，，，柱状晶以母材为基体，，，，，，，，沿着最佳散热偏向，，，，，，，，即笔直于焊接偏向联生生长、竞争结晶(图5c)，，，，，，，，晶粒内部为相互交织的细小针状马氏体α′。。。。。。。。由于热影响区散热条件优异，，，，，，，，冷却历程中形成等轴β晶粒，，，，，，，，这些等轴晶粒为焊缝区域晶粒的生长提供了形核基点[15]。。。。。。。。图6a为TC11-AM/TC11-AM讨论横截面宏观形貌，，，，，，，，可以凭证原始β晶粒尺寸显着的区分出焊缝区域，，，，，，，，但热影响区并不显着。。。。。。。。由于增材制造TC11试样外貌保存大宗漫衍不匀称的部分熔化粉末，，，，，，，，粉末中心保存误差，，，，，，，，这导致焊接讨论外貌泛起升沉，，，，，，，，因此焊接讨论泛起显着的差池称征象。。。。。。。。

TC11-AM/TC11-AM讨论焊缝微观组织与TC11-R/TC11-R讨论类似，，，，，，，，晶粒以热影响区晶粒为基体向焊缝中心生长，，，，，，，，热影响区泛起了等轴晶粒。。。。。。。。图7a为TC11合金TC11-AM/TC11-R激光焊讨论宏观形貌，，，，，，，，讨论的增材部分区域组织特征与图6a特征类似，，，，，，，，铸造TC11部分区域组织特征与图5a特征类似。。。。。。。。增材部分和铸造部分的焊缝组织特征没有显着差别，，，，，，，，说明母材的原始组织特征对焊缝组织无显着的影响。。。。。。。。

2.2显微硬度

图8为差别焊接讨论的维氏硬度。。。。。。。。为了越发清晰地区分差别讨论维氏硬度漫衍的趋势，，，，，，，，使用多项式拟合讨论显微硬度，，，，，，，，如图9所示。。。。。。。。TC11-AM/TC11-AM讨论差别区域维氏硬度漫衍较为匀称，，，，，，，，焊缝和热影响区维氏硬度均值划分为449HV和450HV，，，，，，，，相比母材划分增添了2.6%和3.0%。。。。。。。。TC11-R/TC11-R讨论差别区域维氏硬度保存显着差别，，，，，，，，焊缝和热影响区维氏硬度均值划分是457HV和434HV，，，，，，，，相比母材划分增添了16.0%和10.2%。。。。。。。。TC11-AM/TC11-R讨论中，，，，，，，，增材侧和铸造侧焊缝维氏硬度值划分为452HV和457HV，，，，，，，，差别不显着，，，，，，，，说明母材的原始组织状态不影响焊缝的微观组织和力学性能。。。。。。。。

图10为TC11-AM/TC11-AM讨论差别区域组织反极图(IPF)。。。。。。。。母材、热影响区和焊缝区域α相的平均宽度划分是1.34，，，，，，，，1.38μm和1.21μm。。。。。。。。相比母材，，，，，，，，焊缝区域α′相宽度降低了9.7%，，，，，，，，这是由于增材试样的α′相受到后续沉积层的重复热处置惩罚，，，，，，，，导致α′相长大[19]。。。。。。。。焊缝内越发细小的α′相增添了维氏硬度。。。。。。。。热影响区维氏硬度的增添是α′相内位错密度增添引起的，，，，，，，，母材、热影响区和焊缝中α′相的几何须要位错密度划分是3.34×1014，，，，，，，，3.46×1014m?2和3.26×1014m?2。。。。。。。。这可能是由于热影响区组织不匀称，，，，，，，，冷却历程中较大的应力导致内部位错密度增添。。。。。。。。图11为TC11-R/TC11-R讨论差别区域IPF。。。。。。。。母材、热影响区和焊缝区域α′相的平均宽度划分是18。。。。。。。。31，，，，，，，，8。。。。。。。。70μm和1。。。。。。。。18μm。。。。。。。。焊缝区保存大宗过饱和固溶体，，，，，，，，针状马氏体α′相引起固溶强化。。。。。。。。另外，，，，，，，，相比母材中的等轴α相，，，，，，，，α′相尺寸小、位错密度高。。。。。。。。热影响区作为焊缝和母材的过渡区域，，，，，，，，保存一定命目的针状马氏体α′相，，，，，，，，使其硬度值升高。。。。。。。。图12为TC11-AM/TC11-R讨论差别区域IPF。。。。。。。。焊缝区中α′相的平均宽度为1.23μm，，，，，，，，增材制造TC11一侧热影响区中α′相的平均宽度为1.39μm；；；；；；；锻件TC11一侧热影响区中α′相的平均宽度为7.94μm；；；；；；；增材和铸造侧热影响区维氏硬度值划分为438HV和415HV，，，，，，，，母材的原始组织状态是影响热影响区组织和性能的主要因素。。。。。。。。

2.3拉伸性能

图13为TC11合金激光焊接讨论抗拉强度。。。。。。。。TC11-R/TC11-R讨论的抗拉强度均值为1593MPa，，，，，，，，断裂在母材位置；；；；；；；相比母材，，，，，，，，讨论的抗拉强度增添了6.3%；；；；；；；TC11-AM/TC11-AM讨论其中一个拉伸试样的抗拉强度为1710MPa，，，，，，，，断于焊缝位置，，，，，，，，另外两个拉伸试样的抗拉强度划分是1660MPa和1692MPa，，，，，，，，断裂在母材位置；；；；；；；讨论的抗拉强度均值为1687MPa，，，，，，，，与增材件母材抗拉强度(1691MPa)差别不显着，，，，，，，，说明增材件母材强度和焊缝强度相当。。。。。。。。焊缝中马氏体α′相尺寸更小，，，，，，，，能够一定水平上强化焊缝。。。。。。。。可是焊缝中的原始β晶粒越发粗大，，，，，，，，讨论差别区域微观组织凭证伯格斯关系重修的原始β晶粒如图14所示，，，，，，，，焊缝、热影响区和母材的原始β晶？？？？？？？？矶然质48.5，，，，，，，，32.9μm和21.3μm，，，，，，，，母材区域原始β晶界更多，，，，，，，，晶界能够起到强化作用。。。。。。。。因此，，，，，，，，在更细小的马氏体α′相和更粗大的原始β晶粒的配相助用下，，，，，，，，焊缝强度与母材强度靠近；；；；；；；TC11-AM/TC11-R讨论抗拉强度均值为1575MPa，，，，，，，，断裂均爆发在增材母材位置。。。。。。。。相比TC11-R/TC11-R讨论和TC11-AM/TC11-AM讨论，，，，，，，，强度划分下降了1.2%和6.6%。。。。。。。。

图15、图16和图17为差别讨论的断口形貌，，，，，，，，断口可以分为纤维区和剪切唇区[20]。。。。。。。。在纤维区和剪切唇区能够视察到大宗的韧窝，，，，，，，，展现了韧性断裂特征。。。。。。。。相比纤维区，，，，，，，，剪切唇区域的韧窝小且浅。。。。。。。。TC11-R/TC11-R讨论试样的韧窝尺寸更大、更深，，，，，，，，同时在纤维区发明了二次裂纹(图15b)。。。。。。。。另外，，，，，，，，TC11-R/TC11-R讨论为断裂在母材的试样，，，，，，，，泛起了显着 的颈缩，，，，，，，，说明铸造TC11合金优异的塑性变形能力。。。。。。。。相比TC11-AM/TC11-R讨论的纤维区(图17b)，，，，，，，，TC11-AM/TC11-AM讨论纤维区中的韧窝小且浅(图16b)。。。。。。。。在TC11-AM/TC11-AM讨论断裂在增材母材部分的试样上发明了部分熔化粉末，，，，，，，，如图16a所示，，，，，，，，这些位置可能会是应力集中区域，，，，，，，，拉伸历程中可能成为裂纹萌生点，，，，，，，，造成综协力学性能下降。。。。。。。。另外，，，，，，，，在TC11-AM/TC11-R讨论拉伸试样断口上也发明部分熔化粉末(图17a)。。。。。。。。

3、结论

(1)TC11-AM/TC11-AM，，，，，，，，TC11-R/TC11-R和TC11-AM/TC11-R3种讨论焊缝区均无显着气孔缺陷。。。。。。。。母材的组织状态对焊缝微观组织无显着影响，，，，，，，，均为粗大的柱状晶粒，，，，，，，，晶粒内部为相互交织的马氏体α′相；；；；；；；母材为TC11-AM时，，，，，，，，试样外貌的粉末间保存误差，，，，，，，，会导致焊接讨论外貌泛起升沉和差池称征象；；；；；；；母材的组织状态直接影响焊接讨论热影响区等轴晶粒的尺寸，，，，，，，，母材为TC11-AM时，，，，，，，，热影响区等轴晶粒尺寸更大。。。。。。。。

(2)母材的组织状态显著影响焊接热影响区的力学性能，，，，，，，，对焊缝的力学性能影响不显着。。。。。。。。因此TC11-AM/TC11-AM焊缝与TC11-R/TC11-R焊缝维氏硬度靠近，，，，，，，，而热影响区域维氏硬度差别显着。。。。。。。。由于TC11-AM/TC11-R讨论中差别区域微观组织保存显着差别，，，，，，，，拉伸历程中试样整体协调变形能力差，，，，，，，，导致讨论强度最低。。。。。。。。3种讨论形式的拉伸试样均展现了韧性断裂特征，，，，，，，，断裂面均发明大宗韧窝。。。。。。。。

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第一作者：王猛，，，，，，，，博士，，，，，，，，高级工程师；；；；；；；主要从事固体火箭发念头壳体增材制造研究；；；；；；；Email: 861488696@qq.com.

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