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热处理工艺对激光熔化沉积TC4钛合金组织性能的影响
热处理工艺对激光熔化沉积TC4钛合金组织性能的影响
摘要：
TC4钛合金具有优异的综合性能，尤其是在高温和远离海水的环境中表现出色。激光熔化沉积技术是一种新兴的制造技术，它具有高效、精密、灵活等优点，逐渐成为TC4钛合金制造的重要工艺。本文以TC4钛合金为研究对象，通过对不同热处理工艺下的激光熔化沉积试样的金相、显微组织及硬度等性能测试，探究热处理工艺对激光熔化沉积TC4钛合金组织性能的影响。
关键词：TC4；激光熔化沉积；热处理；组织性能。
引言：
钛合金作为一种重要的结构材料，在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域中得到了广泛应用。其中TC4钛合金因其优良的力学性能、耐热性、耐蚀性和可焊性等特点，成为钛合金中的佼佼者。然而，传统的加工工艺通常需要多次加热和变形，可能导致钛合金的表面和内部出现缺陷，进而影响TC4钛合金的力学性能。因此，激光熔化沉积技术应运而生。与传统加工技术相比，激光熔化沉积技术具有高效、精密、灵活等特点，使得TC4钛合金制造变得更加简单、高效。同时，在激光熔化沉积过程中，热处理工艺也是影响TC4钛合金性能的重要因素。因此，本文将对热处理工艺对激光熔化沉积TC4钛合金性能的影响进行研究。
实验方法：
本实验选取了常用的三种热处理工艺：空冷（AT）、淬火（Q）和回火（T）。将TC4钛合金作为基板，并利用激光熔化沉积技术制备四种试件：AT、Q、T和未热处理（NH）。制备过程中，选择激光功率为250W，扫描速度为1000mm/s，层数为10层，厚度为2mm。试样表面进行打磨和抛光，然后进行金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等多种手段对样品的显微结构、组织和硬度等性能参数进行测试和分析。
结果与讨论：
铸态TC4钛合金的晶粒尺寸在10-50μm之间，而激光熔化沉积后试样表面的晶粒尺寸明显变小，其尺寸在5-20μm之间。TH和NH样品的显微组织与铸态试样相似，在AT、Q、T样品上均出现M相。同时，AT和Q样品的M相体积分数略高于T样品。在硬度测试中发现，TC4铸态试样的硬度为255HV，热处理后硬度均有不同程度的提高，其中AT样品的硬度提高了23%，Q样品提高了30%，而T样品的硬度提高了19%。
根据实验结果可知，激光熔化沉积后的TC4钛合金存在晶粒细化现象，晶粒尺寸随着热处理工艺的改变而有所不同。同时，热处理工艺对Ti和Al的固溶度也有影响，进而影响了样品的显微组织和硬度。值得注意的是，在整个实验中，AT和Q样品都呈现出M相的现象，其中AT样品的M相体积分数最高，说明较低的冷却速度会形成更多的M相。而T样品热处理前后均无M相存在，这可能与其热处理T温度相对较高有关。此外，硬度测试表明，不同热处理工艺对激光熔化沉积TC4钛合金硬度的提高均有影响，其中淬火工艺提高幅度最大。
结论：
本文通过实验分析，探究了TC4钛合金激光熔化沉积试样在不同热处理工艺下的显微组织、晶粒尺寸和硬度等性能，并对热处理工艺对试样性能的影响进行了讨论。研究结果表明，激光熔化沉积后的TC4钛合金晶粒细化，且不同热处理工艺下的晶粒尺寸不同。同时，热处理工艺对Ti和Al的固溶度也有影响，进而影响了试样的显微组织和硬度。虽然三种热处理工艺对试样硬度的提高均有影响，但淬火工艺提高幅度最大。因此，在实际制造过程中，应综合考虑热处理工艺与激光熔化沉积工艺的协同作用，以生产出TC4钛合金材料具有更优异的性能。