钛合金激光气体合金化表面改性新技术研究

利用激光气体合金化表面改性新技术对钛合金进行表面改性，成功地制得了与基材间为完全冶金结合且梯度过渡的、以树枝状氮化钛为增强相的新型快速凝固“原位”耐磨复合材料表面改性层。简要介绍了钛合金激光气体合金化表面改性原理及所获表面改性层组织与性能特点     

钛及钛合金的激光表面强化处理

本文简要地介绍了近年来在钛及钛合金的激光表面强化处理方面国外所进行的部分试验结果,包括激光照射、激光熔凝、激光氮化、激光碳硼共渗和碳硅共渗以及激光渗金属等对钛及钛合金的组织和性能的影响。     

钛合金激光焊接研究

试验研究了2.5 mm厚BT20钛合金激光穿透焊的激光功率-焊接速度匹配曲线,并以焊缝熔宽比为参量研究了主要工艺参数对焊缝成形的影响,同时对比研究了CO2激光和YAG激光穿透焊焊缝成形的差异.结果表明,随激光功率的提高,获得成形优良的全熔透焊缝的焊接速度范围扩大,焊接线能量降低.与CO2激光焊相比,YAG激光焊具有更宽的焊接速度范围,且可以采用更高的焊接速度和更低的焊接线能量.激光功率、焊接速度和离焦量等工艺参数对焊缝熔宽比具有重要的影响.在同样的焊接规范条件下,YAG激光焊缝具有比CO2激光焊缝更大的熔宽比.     

钛合金表面缺陷的激光熔覆修复研究

采用激光熔覆方法对钛合金试样表面缺陷进行修复,对修复结果进行反复测试,并与氩弧焊修复进行对比试验。试验结果表明,激光熔覆可实现对钛合金表面缺陷的有效修复,且各方面性能远高于氩弧焊修复。     

TiAl金属间化合物激光表面改性新工艺研究

为提高ＴｉＡｌ金属间化合物的耐磨性，利用激光气体合金化技术对ＴｉＡｌ进行表面改性，在激光表面改性层中成功地制得了以高硬度氮化钛为增强相的新型快速凝固“原位”高耐磨复合材料。激光表面改性层的厚度根据需要可在０．１～１．５ｍｍ范围内调节，激光表面改性层的显微组织及性能可以通过改变激光处理工艺参数而得到灵活的控制。试验结果表明，激光气体合金化是一种提高ＴｉＡｌ化合物耐磨性的先进的表面改性新技术。     

钛合金激光焊接研究现状

随着航空工业的发展,钛合金在航空结构中有着越来越广泛的应用。焊接作为重要的连接手段,其制造接头的力学性能决定了构件的使用性能。激光焊接具有高能束焊接方法热输入小、残余应力及变形小的特点,焊接质量高,并且能在开放环境中开展工作,已成为真空电子束焊接外另一种优秀的钛合金焊接方法,是近年研究的热点。总结了近期钛合金激光焊接的一些研究工作,重点介绍了关于激光焊接钛合金组织性能调控方面的成果,并讨论了钛合金激光焊所存在的问题,具体内容包括：激光类型和扫描方式对接头质量的影响、三种典型(α型、α+β型和β型)钛合金激光焊接头组织性能特点、焊后热处理对钛合金激光焊接头组织性能调控方法。为采用激光焊接方法制造高质量钛合金接头研究工作提供参考。     

BT20钛合金激光焊技术研究

针对2.5 mm厚BT20钛合金进行了CO2激光焊和YAG激光焊研究,结果表明由于激光特性不同,形成的焊缝几何特征不同,当焊接工艺适当,可保证焊接过程的稳定性和焊接接头的质量.在激光自熔焊时主要的焊缝缺陷是咬边,这是由于钛合金物理性能和激光高能束流焊特性所致.这种咬边缺陷不利于焊接接头性能,尤其是接头的疲劳性能和断裂韧性.采用活性剂和填丝焊,以及激光旋扫焊可以改善焊缝咬边缺陷,提高钛合金激光焊接头的力学性能.     

高温合金与钛合金的激光快速成形工艺研究

对Rene95高温合金及TC4钛合金的激光快速成形工艺进行了较为深入的研究.研究结果发现,和Rene95高温合金相比,激光快速成形TC4钛合金的工艺条件较为苛刻,表现在粉末粒度范围狭窄,要求更高的激光功率密度,成形过程中熔覆组织易于被保护气氛中的O,N,H等杂质元素污染.但是,另一方面,工艺参数选择适当时TC4钛合金在成形过程中不易开裂,因而大尺寸、复杂形状零件的激光快速成形较易实现.     

激光冲击处理钛合金叶片的研究

为研究激光冲击处理钛合金叶片的工艺,设计了双光束转镜调Q钕玻璃激光器,分析了小偏移大倾角双面激光冲击强化的技术特点并进行了试验研究.经激光冲击强化后,薄壁钛合金叶片在冲击区域获得了表面残余压应力,叶片边缘没有发现变形和裂纹.     

钛合金薄板激光焊缝成形机理

在2.5 mm厚BT20钛合金激光焊焊缝成形特征的试验观察基础上,分析研究了薄板钛合金激光焊的焊缝成形机理.研究表明,不同的激光模式,不同的焊接工艺,薄板钛合金激光焊的焊缝可出现半圆形、钉头形和沙漏形或近X形焊缝3类特征.这些成形特征取决于激光功率密度和线能量两个阈值.对于3种焊缝成形,激光焊可简化为热导焊、未熔透深熔焊和全熔透穿孔焊3种模式.     

钛合金激光未穿透焊气孔形成的机理研究

针对钛合金激光焊接的气孔问题进行了研究，对不同工艺参数下钛合金自熔激光焊接试样中的气孔数量及分布进行了金相观察，并进行了酸洗试样的对比试验。研究结果表明：钛合金未穿透激光焊接过程会形成气孔，酸洗对气孔的形成没有明显影响。根据气孔的位置分布及尺寸大小，提出将钛合金激光焊接气孔分为Ⅰ型气孔和Ⅱ型气孔，并阐述了未穿透激光焊接过程中Ⅰ型气孔形成的机理。     

TC4钛合金激光焊缝超塑性行为研究

研究了TC4钛合金板激光焊缝的超塑性变形行为、组织演变,以及激光焊接板的横向超塑性变形特征.引进等轴化系数表征超塑性变形过程中焊缝组织等轴化进程,并对激光焊接/超塑成型技术基础问题提出了进一步展望.     

激光增材制造钛合金构件的化学抛光工艺研究

采用HNO3-HF抛光液对激光选区熔化钛合金制件进行化学抛光,以试样表面粗糙度、减薄及失重变化为指标探究了抛光过程中不同温度和时间对钛合金增材制件抛光效果的影响。通过电化学测量、拉伸试验、残余应力测试等方法对比分析了化学抛光前后钛合金试样的电化学和力学性能。结果表明在温度30℃、反应时间10min下抛光钛合金可以取得较理想的抛光效果,试样表面粗糙度减小、耐腐蚀性能提高。化学抛光后钛合金的强度出现小幅下降,内部原有的残余应力由拉应力转变为压应力。     

YAG激光焊接钛合金TA15熔池特征

利用高速摄像,对YAG激光焊接钛合金TA15时的熔池特征以及动态过程进行了深入研究,结果表明,整个熔池可以分为3部分:(a)金属蒸气/等离子体区,它是一个以1kHz以上频率波动的过程;(b)温度超过2 000K的液态熔池区域;(c)半固态熔池区域,这是熔池的主要部分,其温度虽有一定的梯度,但基本保持在熔点温度.     

航空钛合金抗疲劳表面改性技术研究进展

重点介绍了提高钛合金疲劳性能的表面改性技术的最新研究进展。主要从喷丸强化、激光冲击强化、挤压、滚压、离子注入、滚磨光整加工、水射流喷丸等典型方式对钛合金的加工能力、作用机理,以及加工后零件的残余应力水平和疲劳性能等方面进行了阐述,以期为航空钛合金零件的表面改性提供借鉴。     

国外激光热处理技术

本文介绍了国外激光热处理表面改性技术的提出、发展和应用,重点介绍了七种表面改性工艺方法,亦对其发展前景作了分析。     

γ-TiAl金属间化合物合金激光表面合金化组织与摩擦学性能

分别利用预涂活性碳粉和 Ti C粉 2种方法对γ-Ti Al基合金 Ti-4 8Al-2 Cr-2 Nb进行激光表面合金化,制得了无裂纹、表面光滑、内部组织致密、厚度可达 1.6mm以上的、以硬质 Ti C树枝晶为增强相的快速凝固“原位”金属基耐磨复合材料表面改性层,分别采用 OM,SEM,EDS,XRD等方法分析了激光合金化耐磨表面改性层的显微组织,分别在销 -环滑动磨损、Si C纤维刷式高速滑动磨损及微动磨损条件下评价了激光表面改性层的摩擦学性能。结果表明 :采用上述 2种方法所获激光表面合金层组织均匀、与基体间结合为完全冶金结合,合金层硬度及在 3种磨损条件下的耐磨性均大幅度提高。激光表面合金化是提高γ-Ti Al合金摩擦性能的一种很有前途的表面改性方法     

钛合金水助激光打孔试验研究

为了提高激光打孔的质量,采用水助激光扫描加工方法对钛合金进行激光打孔试验研究,通过响应曲面法设计试验,研究了各加工参数对孔径和孔锥度的影响关系。结果表明,对孔径的影响程度由大到小依次为激光器电流、脉冲频率和水泵电压;对孔锥度的影响程度由大到小依次为脉冲频率、激光器电流和水泵电压。当优选激光器电流33.6818 A、脉冲频率30.6818 kHz、水泵电压12.6818 V时,孔入口直径最小、孔出口直径最大、孔锥度最小。同时,还发现水助激光加工通孔直径大于空气中加工,但孔锥度减小了33.2%。     

钛合金激光砂带加工的离焦控制与表面形貌

钛合金由于优越的热机械特性（耐高温和耐腐蚀）而被广泛应用于航空航天、核电领域,但独特的低导热系数、高强度和加工硬化性能导致其加工困难,表面完整性难以保持。激光辅助加工方法可以有效地提高难切削材料的切削性能,提高其表面完整性。提出一种激光加工与砂带磨削融合的特种加工方法（激光砂带加工方法）,建立了激光砂带加工的焦点控制运动模型,通过对焦点的控制实现利用激光加热特性和砂带磨削柔性特性快速去除材料,在自行搭建的激光砂带加工实验平台进行了加工实验,对不同离焦量下激光砂带加工的钛合金样品的表面三维形貌、微观结构进行了分析和比较。结果表明,激光砂带加工过程中离焦量的大小极大程度影响了激光的能量分布,导致激光砂带加工机理发生变化,离焦量的减少导致表面算术平均偏差S_a先从8.07μm减少到7.40μm然后增加到22.1μm,材料的气化和熔化去除现象更加明显。最后证明了激光砂带加工方法可以改善钛合金的加工性能,提升表面的耐磨损性能,具有广阔的应用前景。