不同(tong)退(tui)火(huo)工艺(yi)对激光(guang)沉(chen)积(ji)修复(fu)TA15钛合(he)金(jin)显(xian)微(wei)组织及(ji)力(li)学性能(neng)的(de)影(ying)响(xiang)

TA15钛合(he)金（Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Vr）由(you)于(yu)其优(you)异的(de)抗腐蚀(shi)性能(neng)、机(ji)械性能等(deng)特(te)点(dian)在航(hang)空航天领域(yu)中(zhong)应用非(fei)常(chang)广泛(fan)[1,2]。但(dan)是 TA15 等(deng)钛(tai)合(he)金零件通(tong)常会(hui)被应用于较为(wei)恶劣的(de)工(gong)作环(huan)境，长时间使(shi)用(yong)会(hui)造成损坏甚至报(bao)废，造成很(hen)大的(de)经济(ji)损失。基于这(zhe)一点，诸多(duo)学(xue)者提(ti)出了激光(guang)沉积修复技术(shu)对损(sun)坏(huai)的(de)钛合金(jin)零(ling)件(jian)进行(xing)修(xiu)复(fu)。

激(ji)光沉(chen)积(ji)修(xiu)复(fu)（Laser Deposition Repair）是以激(ji)光(guang)熔覆和(he)快(kuai)速成形技术为基(ji)础(chu)，利用激(ji)光热(re)使(shi)熔(rong)覆材料(liao)与待(dai)修(xiu)复基体(ti)形成冶(ye)金(jin)结合体，修(xiu)复零件(jian)几何(he)尺寸并优(you)化力学性能(neng)[3-5]。目前(qian)，激光沉(chen)积(ji)修复技术(shu)在不锈钢[6]、镍(nie)基高温合金(jin)[7]、铝(lv)金属[8]等(deng)金(jin)属(shu)材料(liao)领(ling)域内(nei)的(de)研究(jiu)非常(chang)广(guang)泛(fan)，并(bing)且进(jin)行了大量实(shi)际应用。虞(yu)学(xue)超(chao)[9]对(dui)TC4 钛(tai)合金(jin)材质航空(kong)零件经激光沉积(ji)修(xiu)复后(hou)性能进行研究，发现(xian)修复(fu)后沉(chen)积(ji)层材料结(jie)构(gou)更为(wei)紧(jin)密，金相(xiang)组织更加均(jun)匀，修(xiu)复后(hou)的(de)部位(wei)能够(gou)满(man)足使用要(yao)求(qiu)；SONG等[10]通过(guo)体(ti)修(xiu)复(fu)和面(mian)修复(fu)两种(zhong)方式对锻造(zao) TA15钛(tai)合(he)金进行(xing)修复，发现面修复(fu)试(shi)样(yang)疲(pi)劳裂(lie)纹(wen)扩(kuo)展速率(lv)低(di)于纯(chun)锻造(zao)试(shi)样，修(xiu)复区(qu)的网篮组织能够(gou)有(you)效(xiao)阻止(zhi)裂(lie)纹(wen)扩展(zhan)；SUBRAMANIAM 等[11]利(li)用(yong)钴基合(he)金 Stellite6 粉(fen)末对(dui) R350HT 级(ji)钢轨(gui)进行修(xiu)复并(bing)研(yan)究了两种(zhong)不同(tong)合(he)金(jin)间(jian)的(de)相(xiang)容(rong)性，结(jie)果表明沉积层稀(xi)释程度低(di)，硬(ying)度高(gao)，没有(you)缺陷(xian)。

激(ji)光(guang)沉(chen)积(ji)修(xiu)复(fu)后(hou)的合(he)金(jin)制(zhi)件(jian)性(xing)能与组(zu)织(zhi)与(yu)纯(chun)锻(duan)造合(he)金(jin)件相比是(shi)不(bu)同的(de)，因此对(dui)于(yu)不(bu)同(tong)种类激光(guang)沉(chen)积(ji)修(xiu)复(fu)试件的(de)热(re)处(chu)理工艺(yi)也存(cun)在差别(bie)。钦兰(lan)云(yun)等[12]通过固(gu)溶(rong)+时(shi)效（T6：520 ℃、8 h+220 ℃、14 h）处理(li)激(ji)光(guang)沉(chen)积修(xiu)复(fu) ZM6 合金，发(fa)现经(jing)T6 处(chu)理(li)后(hou)其(qi)修(xiu)复(fu)区的平均(jun)硬(ying)度提(ti)升 17.5%，抗(kang)拉(la)强度和屈服强度(du)分(fen)别提升(sheng)了(le)49.8%和 75.6%，但延(yan)伸(shen)率降(jiang)低(di)；LAVRYS 等(deng)[13]对(dui)经(jing)过后(hou)热处理(li)的快(kuai)速成型(xing)（Additive Manufacturing）Ti6Al4V 钛合(he)金进行电化学(xue)腐蚀(shi)试验，发现(xian)经 800 ℃处理(li)保(bao)温(wen) 2 h、冷却至(zhi) 500 ℃并(bing)保温(wen) 0.5 h 后的 Ti6Al4V 钛合(he)金(jin)形成了具(ju)有(you)更高(gao)抗腐(fu)蚀能(neng)力的(de)β相，使其抗(kang)腐蚀能(neng)力(li)与传(chuan)统锻造(zao)钛合金相(xiang)当(dang)；姚(yao)佳(jia)彬[14]针(zhen)对激(ji)光(guang)沉(chen)积修(xiu)复后(hou)的 GH738/K417G 高(gao)温(wen)合(he)金组(zu)织内部存(cun)在残余应(ying)力(li)的问(wen)题(ti)进(jin)行(xing)了不同(tong)温(wen)度时(shi)效(xiao)热处(chu)理，当时(shi)效(xiao)温度达 840 ℃时，修(xiu)复(fu)区(qu)平均(jun)硬度可达(da) 501HV0.3，摩(mo)擦系数(shu)为(wei) 0.38，磨损(sun)量为 0.71 mg，获得(de)了(le)优(you)异(yi)的(de)耐(nai)磨(mo)性(xing)。

激(ji)光(guang)沉(chen)积修复 TA15钛合(he)金材(cai)料(liao)属于(yu)非均质材料，其(qi)各区域的(de)微(wei)观(guan)组织(zhi)形(xing)貌(mao)不同(tong)且不均匀，因(yin)而(er)具(ju)有(you)非(fei)常(chang)复(fu)杂的(de)力(li)学性(xing)能。文(wen)章针对激光沉积(ji)修(xiu)复 TA15钛合(he)金(jin)不(bu)同(tong)退火(huo)处(chu)理后各区(qu)域(yu)的(de)显微组织(zhi)演(yan)化(hua)及力学(xue)性能进(jin)行分析讨(tao)论，采(cai)用不同的(de)退(tui)火(huo)处(chu)理改善(shan)修(xiu)复钛(tai)合(he)金组(zu)织，以(yi)获得力学性(xing)能较优(you)的激(ji)光沉积(ji)修复 TA15钛合(he)金材料。

1 、实验(yan)方法

1.1 实(shi)验(yan)设(she)备(bei)

实(shi)验采用(yong)的(de)设(she)备(bei)为(wei) LDM800 激光(guang)增材制(zhi)造(zao)系统(tong)，该(gai)系统(tong)由 6 000 W 半(ban)导体(ti)激光器、环(huan)境(jing)控(kong)制(zhi)系统(tong)、载气(qi)式(shi)送(song)粉(fen)器、冷(leng)却系统(tong)和(he)数控(kong)工作(zuo)台(tai)等(deng)部分(fen)组(zu)成(cheng)。激(ji)光(guang)沉积(ji)修(xiu)复(fu) TA15钛合金工(gong)艺参数(shu)如表(biao) 1 所示。

1.2 实验(yan)材料

试(shi)验采(cai)用(yong)钛(tai)合(he)金球形粉，其主(zhu)要由球形(xing)颗粒组成，粒(li)宽(kuan) 75~250 μm，化(hua)学(xue)成(cheng)分(fen)如表(biao)2所(suo)示，使(shi)用前对(dui)粉末(mo)进(jin)行风(feng)干处理(li)。基体部(bu)分(fen)为(wei)锻造TA15钛合(he)金(jin)，850 ℃退(tui)火(huo) 2.5 h，尺(chi)寸(cun)为 160 mm×70 mm×40 mm，试验前对基体表(biao)面(mian)进(jin)行打磨(mo)和(he)清洗(xi)，去除(chu)表(biao)面氧化层(ceng)，基(ji)材(cai)与沉积(ji)区(qu)体积比为 1：1，沿沉(chen)积方(fang)向取(qu)样(yang)。沉(chen)积过程(cheng)采用短(duan)边(bian)单(dan)项往复扫描方式。激(ji)光(guang)沉积修(xiu)复方式(shi)、修(xiu)复后实物图(tu)以(yi)及(ji)试(shi)验件尺(chi)寸(cun)如(ru)图(tu) 1 所示(shi)。

1.3 热(re)处(chu)理

样品(pin)后(hou)续(xu)热处理(li)在(zai) 800、840、890 ℃和(he) 960 ℃的(de)箱式(shi)电阻(zu)炉(lu)（SGM146）中进(jin)行(xing)常(chang)规退火(huo)(以下(xia)分(fen)别(bie)称为(wei)“HT800”，“HT840”，“HT890”和(he)“HT930”)，加(jia)热速(su)率(lv)为 10 ℃/min。其(qi)中(zhong) HT800 试(shi)样(yang)和(he) HT840 试(shi)样保(bao)温时间(jian)为 2 h，HT890 试样(yang)和(he)HT930 试(shi)样保温(wen)时间(jian)为 1 h，随(sui)后从(cong)炉中(zhong)取(qu)出在空(kong)气(qi)环(huan)境中冷却。

1.4 显(xian)微结(jie)构分(fen)析

在(zai)进行(xing)显微结(jie)构(gou)分(fen)析(xi)之(zhi)前(qian)，先(xian)使(shi)用金相镶嵌(qian)机(ji)（XQ-2B）对(dui)需(xu)要(yao)观(guan)察(cha)的(de)试(shi)件(jian)进行(xing)制块操(cao)作，之(zhi)后(hou)需(xu)使(shi)用抛(pao)光机(ji)对(dui)试(shi)样块(kuai)进(jin)行研磨(mo)，然后使(shi)用(yong)金(jin)刚石研磨(mo)膏(gao)进行抛(pao)光，抛光后的(de)试(shi)样块需使(shi)用 Kroll 试液（HF：HNO₃：H₂O 体(ti)积(ji)比为(wei) 1:6:7）进行(xing)腐(fu)蚀；使(shi)用光(guang)学显微(wei)镜(jing)（OM：Olympus GX51 光学显(xian)微(wei)镜(jing)）和扫(sao)描(miao)电镜（SEM：KYKY-2800B 型扫(sao)描(miao)电镜）对(dui)金相(xiang)组织(zhi)进(jin)行观察(cha)分(fen)析，扫描电(dian)镜工作电(dian)压为(wei) 20KV；使用 ImageJ 软(ruan)件对(dui)α相(xiang)和β相(xiang)尺(chi)寸进行测(ce)量。

1.5 拉(la)伸(shen)试(shi)验

室(shi)温(wen)环境(jing)下(xia)使(shi)用(yong)朗(lang)杰(jie) 100 型(xing)疲(pi)劳试验机对试(shi)样(yang)进(jin)行(xing)拉(la)伸试验(yan)，拉伸试验(yan)速(su)率为 1 mm/min。不(bu)同(tong)热(re)处理条(tiao)件下进(jin)行(xing) 3 个试(shi)样(yang)的(de)拉(la)伸试验。

1.6 全(quan)场应(ying)变实验(yan)

拉(la)伸(shen)试验(yan)中使(shi)用(yong)数字化(hua)图(tu)像(xiang)处理(li)技术(shu)（DIC 全(quan)称(cheng)：XTDIC-CONST-SD 标准(zhun)型）对(dui)试(shi)样(yang)应(ying)变(bian)演(yan)化(hua)进(jin)行采集。

2 试验(yan)结(jie)果

2.1 不(bu)同退火(huo)处理后试(shi)样宏观组(zu)织

图 2（a1，b1，c1，d1）所示(shi)为(wei)不(bu)同退(tui)火处理(li)后(hou)试样基(ji)材区(qu)（Substrate zone）的宏观组织形貌。四者显(xian)微(wei)组织(zhi)形(xing)貌均呈(cheng)现(xian)出(chu)等(deng)轴α相(xiang)、片层α相和条状(zhuang)β相(xiang)的(de)双态组(zu)织；HT800、HT840 和(he) HT890 试样(yang)α相含(han)量无(wu)明显(xian)变化，而在 HT930 试样中(zhong)等(deng)轴α相含(han)量(liang)有(you)所(suo)减(jian)少，片层(ceng)α相含(han)量增加。

图(tu) 2（a2，b2，c2，d2）所(suo)示为试样(yang)热影响区(qu)（Heat affected zone）的(de)宏(hong)观组(zu)织形貌。由于熔(rong)池(chi)的移(yi)动以及(ji)堆(dui)叠，激(ji)光(guang)沉积(ji)修(xiu)复(fu) TA15钛(tai)合(he)金(jin)的热(re)影(ying)响区在宏观(guan)上(shang)表(biao)现为柱(zhu)状晶(jing)和等(deng)轴(zhou)晶(jing)粒(li)交(jiao)替排列(lie)。其(qi)中 HT800、HT840、HT890 试样(yang)热(re)影(ying)响(xiang)区(qu)的(de)组(zu)织形(xing)貌(mao)主(zhu)要(yao)为片层α相和“锯(ju)齿(chi)”状α相，HT930 的组织形(xing)貌主要(yao)为(wei)片(pian)层(ceng)α相，其(qi)“锯(ju)齿”状(zhuang)α相(xiang)较比(bi)前三者(zhe)含(han)量(liang)较少(shao)，未溶解的残(can)留α相(xiang)之(zhi)间(jian)的(de)β为(wei)亚稳(wen)定态(tai)。热影响区(qu)中片(pian)层(ceng)α相在激光(guang)沉积修复(fu)过(guo)程(cheng)中经循环加(jia)热不断长大，其(qi)尺寸(cun)、长宽(kuan)比较比锻(duan)造(zao)区的(de)α相更大(da)。

图(tu) 2（a3，b3，c3，d3）所示为试样(yang)激(ji)光(guang)修复区(qu)（Restoration zone）的宏(hong)观(guan)组织(zhi)形貌。因激光(guang)热(re)源(yuan)及(ji)熔(rong)池(chi)的(de)温度远高于钛(tai)合(he)金(jin)β相转变点，且之(zhi)后的 TA15钛合(he)金沉(chen)积层(ceng)经(jing)过激(ji)光热(re)源(yuan)的循(xun)环(huan)加(jia)热导(dao)致(zhi)等轴状α相消失，显(xian)微组织为网(wang)篮组(zu)织(zhi)。由于钛(tai)合金外延(yan)生长(zhang)强烈，而且(qie)激(ji)光沉积(ji)修(xiu)复(fu)过程中温(wen)度(du)梯度(du)较大，柱状晶(jing)粒(li)连续(xu)生长，在(zai)宏观(guan)上(shang)表(biao)现为(wei)贯(guan)穿多(duo)个(ge)沉积层(ceng)的(de)β柱状(zhuang)晶(jing)组(zu)织[15]。

2.2 不(bu)同(tong)退(tui)火处(chu)理后试样微观(guan)组织

图 3（a1，b1，c1，d1）为(wei)不同退火(huo)处(chu)理(li)后试样(yang)基材区(qu)的(de)微(wei)观结(jie)构。四者的基(ji)材区微(wei)观结(jie)构仍(reng)呈(cheng)现(xian)为等(deng)轴(zhou)α相、片(pian)层(ceng)α相(xiang)和(he)条状β相的双(shuang)态组(zu)织(zhi)，与(yu)进(jin)行退(tui)火(huo)处理之(zhi)前(qian)的组(zu)织(zhi)形(xing)貌一(yi)致，说(shuo)明(ming)经(jing)不同退(tui)火处理(li)后并不改变(bian)非均质(zhi)试(shi)样(yang)基(ji)材区的组(zu)织结构。

图 3（a2，b2，c2，d2）为试(shi)样(yang)热影(ying)响区的微观(guan)结(jie)构。在(zai)整个激光(guang)沉积(ji)修复(fu)的过程中(zhong)由于激光热源的(de)高温以及(ji)修(xiu)复层(ceng) TA15钛合(he)金的快速(su)冷却，使整(zheng)个热(re)影(ying)响区(qu)的微观(guan)结(jie)构变得(de)复杂(za)。随(sui)着退火温(wen)度的升高，HT930 试样(yang)中(zhong)“锯齿”状(zhuang)α相呈(cheng)现(xian)“球状(zhuang)”化，含(han)量(liang)相(xiang)比于前(qian)三(san)者(zhe)显(xian)著减少。

图 3（a3，b3，c3，d3）所(suo)示为试样激光(guang)修复区的(de)微观结(jie)构(gou)。四者激(ji)光(guang)修复(fu)区(qu)的(de)微(wei)观结构(gou)均(jun)呈(cheng)现为网篮(lan)组织(zhi)，由(you)交错(cuo)的(de)片(pian)层α相(xiang)组(zu)成(cheng)。HT800 试样激(ji)光修复区(qu)中由(you)片层(ceng)α相、少量(liang)的等轴(zhou)α相以(yi)及(ji)β相(xiang)组(zu)成，其(qi)中片(pian)层(ceng)α相的(de)平均(jun)厚度约(yue)为 0.92μm；在 HT840 试(shi)样激光(guang)修(xiu)复区中，片层α相(xiang)的平(ping)均厚(hou)度约为(wei) 2.39 μm，较(jiao)比(bi) HT800试(shi)样(yang)明显提(ti)高，且(qie)由(you)于(yu)退火(huo)温(wen)度升(sheng)高(gao)，β相(xiang)厚度降(jiang)低。HT800 试样(yang)的(de)β晶(jing)粒(li)平(ping)均(jun)尺(chi)寸达到(dao) 8.43 μm，而随(sui)着(zhe)退(tui)火温(wen)度的(de)升(sheng)高(gao)，HT840 试样的β晶(jing)粒(li)平(ping)均尺(chi)寸(cun)达到 10.15μm，相(xiang)较(jiao)于(yu) HT800β晶粒(li)平(ping)均(jun)尺(chi)寸(cun)增(zeng)长了(le) 20.4%。HT890 试样(yang)修(xiu)复区中β晶(jing)粒平(ping)均尺(chi)寸(cun)约为(wei) 10.69 μm，而 HT930 试样的修复区β晶(jing)粒尺(chi)寸(cun)在(zai) 13.49 μm。

2.3 不(bu)同退火处理(li)后试(shi)样的(de)拉(la)伸(shen)性(xing)能(neng)

图(tu) 4 所示(shi)为(wei)不同(tong)退(tui)火处理(li)条(tiao)件下(xia)激(ji)光沉(chen)积修复(fu) TA15钛(tai)合金(jin)试(shi)样的拉伸(shen)结果(guo)，结果(guo)表(biao)明：HT800 试(shi)样抗(kang)拉强(qiang)度(du)为(wei) 906 MPa，延伸率(lv)为 6.63%，HT840 试样(yang)抗拉(la)强度为(wei) 981 MPa，相比于 HT800 试样提(ti)升了(le) 8.3%，但延(yan)伸(shen)率(lv)有所降低，仅(jin)为 5.7%。HT890 试(shi)样的(de)抗(kang)拉强度(du)分(fen)别 949 MPa，伸率为(wei) 5.4%，HT930 试样的抗(kang)拉(la)强(qiang)度(du) 971 MPa，延(yan)伸(shen)率为 8.4%。HT930 试样延(yan)伸率大(da)幅(fu)提(ti)升(sheng)，较(jiao) HT890 试样(yang)提(ti)升 55.3%。综合(he)考虑(lv)不(bu)同(tong)退火(huo)处(chu)理(li)工艺，HT930 在(zai)保证(zheng)高(gao)强(qiang)度的同时又(you)有良(liang)好(hao)的(de)塑性(xing)，相(xiang)比其他(ta)三者(zhe)有(you)着(zhe)良好(hao)的(de)力(li)学性能。

2.4 不(bu)同(tong)退火(huo)处(chu)理后(hou)试(shi)样的(de)全场应(ying)变(bian)试(shi)验(yan)结果

图 5（a）所示(shi)为(wei) HT800 试(shi)样(yang)的(de)拉伸试验应(ying)变演化云图(tu)。在试(shi)验(yan)开(kai)始时，最(zui)大(da)应(ying)变出现在应变(bian)云图(tu)的上半(ban)部分，即(ji)试件(jian)的(de)基(ji)材(cai)区产生了(le)塑(su)性(xing)变形(xing)，而(er)随着拉(la)伸试验(yan)进行，最(zui)大应变(bian)区域(yu)逐(zhu)渐向下(xia)半(ban)部(bu)分转移(yi)，说(shuo)明试验件的(de)激光修(xiu)复区发(fa)生塑(su)性(xing)变形，并(bing)且(qie)试(shi)样(yang)最(zui)终(zhong)断(duan)裂在激修复(fu)区。

图 5（b）所(suo)示为 HT840 试样(yang)的(de)拉(la)伸试验(yan)应变(bian)演(yan)化(hua)云(yun)图。在(zai)拉伸(shen)试(shi)验(yan)开(kai)始时(shi)，最(zui)大(da)应变(bian)出现(xian)在应(ying)变(bian)云(yun)图(tu)中间(jian)区(qu)域的左下角和右(you)上角(jiao)，即(ji)试件(jian)的(de)热(re)影响(xiang)区(qu)发(fa)生塑性(xing)变(bian)形。随着拉伸(shen)试验(yan)的(de)进(jin)行(xing)，当应(ying)力超(chao)过(guo)屈服极限的(de)区域(yu)受力(li)时，最大应变逐(zhu)渐(jian)向(xiang)激光(guang)修复(fu)区(qu)转(zhuan)移，最(zui)后，最(zui)大(da)应(ying)变(bian)出(chu)现(xian)在(zai)激(ji)光修复(fu)区(qu)，试(shi)样在(zai)此区(qu)域(yu)断裂。图 5（c）所示(shi)为(wei) HT890 试(shi)样的(de)拉(la)伸(shen)试验应变(bian)演化(hua)云图(tu)。在试验(yan)开始(shi)时(shi)试(shi)件(jian)的热(re)影响(xiang)区和修(xiu)复区出现了最(zui)大应(ying)变(bian)。而当(dang)应力超(chao)过(guo)试(shi)件屈服极(ji)限的区域(yu)时(shi)，试(shi)件(jian)整(zheng)体(ti)应变分(fen)布(bu)逐(zhu)渐(jian)稳(wen)定且(qie)均(jun)匀。在屈(qu)服后，试件的(de)修复(fu)区(qu)域(yu)产(chan)生(sheng)强烈(lie)的塑性(xing)变(bian)形(xing)，即最(zui)大拉伸应变集中(zhong)在修(xiu)复区。

图 5（d）所示(shi)为(wei) HT930 试(shi)样(yang)的拉(la)伸(shen)试(shi)验(yan)应变演化(hua)云图。在(zai)试验开(kai)始时试件(jian)的(de)热影响(xiang)区(qu)出现了(le)最大(da)应变(bian)。随(sui)着(zhe)试验推进(jin)，HT930 试样(yang)靠近热影响(xiang)区的(de)基材(cai)区(qu)域与修(xiu)复区域(yu)出现了(le)最(zui)大应(ying)变区域，之后最(zui)大(da)应变区(qu)域逐渐向(xiang)试(shi)样(yang)的修复区(qu)转移(yi)并最终(zhong)断裂(lie)在(zai)修复(fu)区。

2.5 不(bu)同退火(huo)处(chu)理(li)后试样的断(duan)口(kou)形(xing)貌

如图 6（a1，b1）所示为 HT800 试样(yang)和(he) HT840 试(shi)样的(de)断口宏观形貌(mao)。由(you)图(tu)6 可(ke)以(yi)看出，二(er)者(zhe)表面(mian)均(jun)呈(cheng)现出撕(si)裂棱形(xing)貌(mao)，a2，b2 为试(shi)样(yang)断(duan)口的微(wei)观(guan)形貌，可以看出其中有(you)细小(xiao)的孔(kong)洞，孔(kong)洞堆积形(xing)成裂(lie)纹，在拉伸(shen)试(shi)验中(zhong)容(rong)易(yi)生(sheng)成(cheng)裂纹(wen)并(bing)在滑(hua)移(yi)过(guo)程(cheng)中聚(ju)拢(long)成(cheng)韧(ren)窝(wo)[13]，断裂机(ji)制属(shu)韧性断(duan)裂(lie)。c1，d1 所(suo)示为(wei) HT890 试(shi)样和(he)HT930 试样(yang)的断(duan)口宏观(guan)形貌，与前(qian)两者(zhe)断口(kou)形(xing)貌(mao)类(lei)似呈(cheng)现出(chu)撕裂棱形貌(mao)。HT890试样(yang)断口(kou)表(biao)面较为(wei)平(ping)整，而 HT930 试样(yang)的(de)断口(kou)形(xing)貌更(geng)为不规(gui)则(ze)。c2，d2 所示(shi)为(wei)HT890 试样和(he) HT930 试(shi)样的(de)断(duan)口微观(guan)形貌(mao)，HT890 试样(yang)韧窝(wo)较(jiao)浅(qian)且(qie)尺寸(cun)小，HT930 试(shi)样(yang)的(de)韧(ren)窝(wo)要(yao)更(geng)大更(geng)深，在(zai)力学性(xing)能(neng)上(shang)表(biao)现为 HT930 试样(yang)的延(yan)伸(shen)率要(yao)比(bi)HT890 试样(yang)高(gao)。不同退(tui)火(huo)处理后(hou)的(de)试(shi)样(yang)断裂之(zhi)后(hou)均(jun)为韧性断(duan)裂，说明(ming)本(ben)文的不(bu)同退火(huo)处理对激(ji)光沉积修复(fu) TA15钛合金(jin)的(de)断裂机制(zhi)无影(ying)响。

3、 分(fen)析讨(tao)论(lun)

3.1 力学(xue)性(xing)能(neng)分(fen)析(xi)

经(jing)不同热(re)处(chu)理(li)后(hou)的(de)试样基(ji)材区(qu)均(jun)为双(shuang)态组(zu)织。双(shuang)态(tai)组织(zhi)中(zhong)存(cun)在(zai)等(deng)轴α相(xiang)晶粒，有非(fei)常(chang)明(ming)显的塑(su)性(xing)变(bian)形(xing)能(neng)力，可(ke)有(you)效(xiao)承(cheng)受(shou)塑性变(bian)形(xing)[17]。且(qie)较小尺寸(cun)的(de)α相分(fen)布在β相(xiang)转(zhuan)变组织(zhi)结构中(zhong)，阻碍β相(xiang)位(wei)错运动，能提高(gao)基材(cai)区强(qiang)度使得(de)基材(cai)区获得良好的(de)力学(xue)性能，而(er)试(shi)样修(xiu)复区抗拉强度(du)的改善(shan)主(zhu)要(yao)与(yu)晶粒长大有(you)关(guan)。

以(yi) HT800 试(shi)样和(he) HT840 试(shi)样为例，温度较(jiao)高时(shi)α晶(jing)粒(li)长(zhang)大(da)粗(cu)化(hua)，HT840 试样(yang)修(xiu)复(fu)区(qu)中的α晶粒较(jiao) HT800 试(shi)样(yang)更加粗大，其(qi)修复区中α相(xiang)体积分数(shu)增加，从(cong)α相(xiang)晶(jing)体结(jie)构来看(kan)，其(qi)滑(hua)移(yi)系(xi)数(shu)总数为(wei) 3 个(ge)，滑移距离(li)更(geng)小，能有(you)效阻(zu)碍位错滑(hua)移(yi)，使(shi)修复试(shi)样(yang)的强(qiang)度(du)提(ti)高，塑(su)性降(jiang)低。HT890 修复区(qu)存在(zai)长(zhang)棒(bang)形(xing)状(zhuang)的α相晶(jing)粒，长(zhang)宽比(bi)较大(da)的α晶(jing)粒阻碍位(wei)错(cuo)的(de)能力(li)较弱(ruo)，不(bu)利于(yu)拉(la)伸(shen),而 HT930 因(yin)退(tui)火温(wen)度(du)升(sheng)高(gao)，α晶粒(li)继(ji)续(xu)生(sheng)长互(hu)相(xiang)截断，生成(cheng)短棒(bang)状α晶(jing)粒，使α晶(jing)粒(li)长宽比减(jian)小(xiao)，组织更(geng)为(wei)均匀(yun)，因(yin)此(ci)使试件(jian)变(bian)形(xing)更加(jia)协(xie)调，有更(geng)高(gao)的(de)塑性(xing)[13]，使(shi) HT930 获(huo)得了(le)延伸率与(yu)强度的(de)良好组(zu)合(he)。α晶(jing)粒(li)生(sheng)长及(ji)被(bei)截断示(shi)意(yi)图(tu)如(ru)图 7 所示。

3.2 不(bu)同退(tui)火(huo)处(chu)理后(hou)试(shi)样(yang)的全(quan)场(chang)应变(bian)分析

通过(guo)对 DIC 全(quan)场(chang)应(ying)变试验结果分析(xi)，试样(yang)均断(duan)在修(xiu)复(fu)区，说(shuo)明激(ji)光(guang)沉积(ji)修复(fu) TA15钛合金的(de)修(xiu)复(fu)区力学(xue)性(xing)能要弱(ruo)于(yu)基(ji)材(cai)区和(he)热影响区(qu)。这(zhe)是因(yin)为(wei)修复区占整个试(shi)件的(de) 50%，占(zhan)比较(jiao)大，在拉(la)伸(shen)试验中(zhong)激(ji)光修(xiu)复(fu)区(qu)β转(zhuan)变组(zu)织(zhi)中(zhong)的(de)α/β界面(mian)容易(yi)产(chan)生空洞(dong)，在低应(ying)变作用(yong)下(xia)就(jiu)可(ke)以扩展(zhan)至临(lin)界尺寸，导致(zhi)修(xiu)复区强度(du)低(di)于基材区强度并(bing)断(duan)裂在修复(fu)区(qu)[13]，因(yin)此对(dui)于非(fei)均(jun)质材(cai)料的试样(yang)来(lai)说(shuo)应变(bian)一般(ban)会集(ji)中(zhong)在(zai)力(li)学(xue)性能较弱(ruo)的(de)区(qu)域并(bing)导致该(gai)区(qu)域断裂。对比不(bu)同退(tui)火(huo)处(chu)理(li)，HT840 试样(yang)和(he) HT930试样(yang)经(jing)退(tui)火(huo)处(chu)理(li)后的(de)力(li)学性(xing)能分较(jiao)于 HT800 试样和(he) HT890 试样(yang)都(dou)有明显提升(sheng)，并(bing)且从(cong)DIC记(ji)录拉(la)伸(shen)过(guo)程(cheng)中(zhong)可以说(shuo)明激光沉积修(xiu)复(fu)TA15钛(tai)合(he)金的(de)力学性能(neng)由(you)修复区(qu)的力(li)学性(xing)能(neng)决(jue)定。

4、 结(jie)论

文章(zhang)研(yan)究(jiu)了(le)经(jing)不同(tong)退(tui)火处(chu)理后(hou)的激(ji)光沉(chen)积修复TA15钛合金显(xian)微(wei)组(zu)织和力学(xue)性(xing)能(neng)，结(jie)果(guo)表(biao)明(ming)：

1）经不(bu)同退(tui)火(huo)处(chu)理(li)后(hou)试件(jian)的基(ji)材(cai)区(qu)组(zu)织结构(gou)均(jun)为(wei)α相(xiang)与(yu)β相(xiang)的(de)双态组(zu)织，热(re)影(ying)响区(qu)表现为为较(jiao)复杂(za)的异质结构，激光修(xiu)复(fu)区(qu)为(wei)网(wang)篮(lan)组(zu)织，宏(hong)观(guan)上表(biao)现(xian)为(wei)贯(guan)穿多个沉积层(ceng)的(de)β柱(zhu)状晶(jing)组织。

2）对(dui)比经不(bu)同退火(huo)处(chu)理后(hou)的(de)试(shi)样(yang)力学(xue)性(xing)能(neng)，HT930 试样较比(bi)其他(ta)热(re)处理(li)后(hou)的(de)试(shi)样(yang)在(zai)保证具(ju)有较高的强(qiang)度同(tong)时(shi)又(you)有良好(hao)的(de)塑性，其抗(kang)拉(la)强(qiang)度为(wei) 971 MPa，延伸率为 8.4%。

3）通过 DIC 全(quan)场应(ying)变分(fen)析得到激光(guang)沉积(ji)修(xiu)复(fu) TA15钛合金(jin)的(de)力学性能取(qu)决(jue)于激光(guang)修(xiu)复区(qu)，其贡献(xian)了(le)塑(su)性变(bian)形(xing)中(zhong)的(de)大(da)部分(fen)应变。异(yi)质(zhi)结(jie)构中，应变往(wang)往(wang)会集中在较(jiao)弱的区(qu)域，并在(zai)该(gai)区域(yu)断裂(lie)。

4）不(bu)同(tong)退(tui)火(huo)处(chu)理后(hou)的试样在(zai)力学性(xing)能(neng)上均(jun)表现(xian)出了塑(su)性(xing)低、强(qiang)度(du)高(gao)的(de)特点(dian)。

不同(tong)退火处理对(dui)激(ji)光(guang)沉(chen)积(ji)修(xiu)复 TA15钛合(he)金(jin)的(de)断裂机制(zhi)无(wu)明(ming)显(xian)影(ying)响(xiang)，均(jun)为(wei)韧性断裂(lie)，HT930 试(shi)样(yang)的韧窝明显(xian)变大变(bian)深(shen)。

5 、参(can)考文(wen)献(xian)

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