热处理工艺对增材制造TC4钛合金的组织结构和表面电化学性能的影响

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增材制造技术则可以快速、一体化地实现复杂形状零件的制备,简化了工艺设计,也提高了材料利用率。因此,激光增材制造钛合金产品在航空航天、海洋工程、生物医学等领域受到越来越多的重视。与传统钛合金相比,激光增材制造钛合金的微观组织结构、力学性能及其表面状态均呈现了较大差异。因此,研究热处理工艺对激光增材制造钛合金的组织结构、电化学性能影响机制具有重要的理论和实际意义。本文以增材制造TC4钛合金为研究对象,设计热处理工艺,包括退火温度、保温时间、固溶时间、时效处理等影响因素,利用极化曲线和电化学阻抗谱等电化学测试手段,结合SEM、XRD物相分析、XRD织构检测等分析方法,探究了增材制造TC4钛合金组织结构与表面电化学性能的关系。研究结果表明,增材制造TC4钛合金组织中存在大量亚稳态α’相,晶粒尺寸约1 μm,β相极少,其降低了材料表面耐腐蚀性能。在相变点以下进行800℃退火或910℃~970℃固溶后,材料亚稳态α’相分解为更稳定的α+β双相组织。940℃固溶处理后织构的强度减弱。温度从800℃提升至940℃时,腐蚀电位由-0.497V升至-0.209 V,耐腐蚀性能提高。当固溶温度升至970℃接近相变点后,分解形成的α相会长大粗化,耐腐蚀性下降。在相变点以上进行固溶处理,α组织逐渐转化为β组织,温度由1020℃提升至1080℃,β组织含量升高,织构强度减弱至0.126~6.506,组织分布更均匀,耐腐蚀性能提高。固溶时间对组织的影响会受到固溶温度的干扰。800℃温度下保温约2 h可使α’相完全分解,材料对电荷的阻碍作用增强,耐腐蚀性能提高,固溶时间超过2h后α组织开始长大,材料对电荷的阻碍作用减弱,耐腐蚀性能降低。固溶温度高于800℃时,α’相分解速度加快,940℃固溶1 h后α’组织已完全分解,固溶4 h后织构强度降低至0.121~8.672。固溶处理后的冷却速率对组织的影响受到α’相分解进程的干扰。800℃保温1h后,α’相没有完全分解,冷却过程中不利于组织的形核长大。940℃保温1h后α’相完全分解,水冷冷却速率较快,次生α相来不及析出。炉冷冷却速率较慢,α相长大粗化,部分次生α相析出,织构强度值降低,耐腐蚀性能下降。时效处理对钛合金表面电化学性能影响明显。940℃固溶1 h的试样经时效处理后,织构强度为0.245~4.475。时效处理会使组织中析出细小的次生α晶粒,尺寸约1.1 μm,耐腐蚀性能降低。
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