运载火箭捆绑点轴承支座是助推器连接芯级火箭实现传力的关键主承力构件,传统制备材料选用高强钢锻件机加工而成,具有强烈的减重需求。TC11钛合金是我国开发的可在500℃以下长期服役的α+β型高温钛合金,室温强度高、热强性好,是制造航空发动机、高压压气机盘及叶片的主要材料以及航天器主承力构件的潜在材料,有取代高强钢作为航天主承力构件材料实现运载火箭轻量化的巨大潜力。
但钛合金的加工性能差,大型钛合金结构件的传统制造一般需要大型锻压设备及大型模具,制造难度大,材料利用率低,制造周期长,设备成本和生产成本高。因此,大型关键钛合金构件的制造技术被公认为是航空、航天等高端重大装备的核心关键制造技术之一。

上海航天设备制造总厂有限公司增材制造团队的相关研究作为封面文章发表于《中国激光》
激光熔化沉积成形属于增材制造技术,可实现零件的近净成形,因具有较少的去除量且可避免使用模具和大型锻压设备,因此可显著降低航天领域大型金属构件的制造成本和周期。
组织和性能是激光增材制造钛合金研究热点问题,成形过程中移动的熔池对成形件反复热作用决定了成形件的组织和性能。为满足航天主承力钛合金轴承支座的应用需求,近日,上海航天设备制造总厂有限公司增材制造研究团队研究了不同热处理工艺下的组织和性能,使激光熔化沉积制造的TC11钛合金强度和塑性均显著提升, 达到了锻件标准,为整体轴承支座性能调控提供了依据。
新研究与结论
围绕如何均匀化激光熔化沉积成形TC11钛合金组织和提升成形件的综合力学性能,研究团队采用双重退火热处理工艺对激光熔化沉积成形后的TC11钛合金进行组织和性能调控。分析其组织和性能的演变行为,建立热处理-组织-性能关联关系,为后续其它工艺组合下钛合金成形件的热处理制度选择提供参考,为TC11钛合金航天主承力构件的轻量化应用提供经验。研究结论如下:
1) 在异质形核和外延生长形核两种机制的竞争下,TC11钛合金的沉积态组织沿沉积方向呈柱状晶和等轴晶交替生长的现象。沉积态微观组织主要由晶界集束α相组成的魏氏组织及晶内细针状网篮组织构成。沉积态TC11钛合金经双重退火后组织明显粗化,且随着退火温度升高,晶内α相的长径比减小,晶界α相出现断续、球化和消失现象;当退火温度为1025℃时,晶界重新形成连续晶界α相,晶内组织突变为细化的网篮组织。