發(fā)布時(shí)間：2020-06-05 14:54

【摘要】：TZM鉬合金是目前應(yīng)用最廣泛的高熔點(diǎn)合金之一,在航天、軍工以及核工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的TZM合金制備過程中需要昂貴的模具,工藝非常復(fù)雜,成本較高,還難以制備形狀復(fù)雜的三維零件。電子束熔絲沉積工藝可以很好的解決這一問題,其具備能量輸入大,沉積效率高,真空潔凈度好,可直接成型復(fù)雜零件等特點(diǎn),在難熔合金直接成型方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本文采用電子束熔絲沉積工藝制備TZM合金,研究了不同工藝參數(shù)下(掃描路徑、束流密度、打印速度和送絲速度等)的沉積層宏觀形貌、微觀組織,力學(xué)性能以及內(nèi)部缺陷。首先研究了不同工藝參數(shù)對(duì)沉積層宏觀形貌的影響。研究發(fā)現(xiàn)采用往返掃描路徑的沉積層宏觀形貌更好。隨著束流密度增大沉積層的寬度增大,高度下降,當(dāng)打印速度增大時(shí)沉積層寬度下降,高度基本保持不變;同時(shí),送絲速度增大時(shí),沉積層高度增加,寬度基本不變。研究了工藝參數(shù)對(duì)沉積層微觀組織的影響。束流密度較小時(shí),沉積層內(nèi)主要以不規(guī)則的塊狀晶粒為主,分布不均勻且沒有明顯規(guī)律。束流增大時(shí),晶粒有趨于柱狀晶生長(zhǎng)的趨勢(shì)。打印速度增大也有利于沉積層內(nèi)形成柱狀晶,其主要在[001]晶向擇優(yōu)生長(zhǎng),送絲速度的影響則相對(duì)較小。不同工藝參數(shù)下沉積層內(nèi)部均沒有明顯的彌散增強(qiáng)顆粒形成,Ti的燒損非常嚴(yán)重,絲材中加入的Ti沒有很好的起到強(qiáng)化的效果。研究了不同工藝參數(shù)下的沉積層的力學(xué)性能。沉積層硬度值沒有特別明顯的變化,基本都處于150HV~170 HV之間,沉積層的壓縮性能存在一定的各向異性,在Z方向的壓縮屈服強(qiáng)度要高于X方向的壓縮屈服強(qiáng)度,最高壓縮屈服強(qiáng)度在340MPa左右。采用重熔工藝后沉積層的壓縮屈服強(qiáng)度會(huì)明顯下降。研究了沉積層內(nèi)部孔洞缺陷的形成機(jī)理以及不同工藝參數(shù)對(duì)孔洞分布和數(shù)量的影響。氣孔的形成主要是由于絲材中微量雜質(zhì)元素、合金元素Ti和絲材制備過程中氧化產(chǎn)生的MoO_3在沉積過程中高溫?fù)]發(fā)產(chǎn)生氣體導(dǎo)致的。束流密度和打印速度增大會(huì)有效減少沉積層內(nèi)部氣孔,送絲速度適當(dāng)增大有利于氣孔的減少,但是繼續(xù)增大時(shí)沉積層內(nèi)部氣孔會(huì)明顯增多,存在臨界值。采用重熔工藝可以有效減少沉積層內(nèi)部的氣孔缺陷。
【圖文】：

[43]。圖1-4 美國(guó)Sciaky 公司商用化設(shè)備圖1-5 美國(guó)Sciaky公司生產(chǎn)的鈦合金飛機(jī)零件Wanjara 等人[44]利用電子束熔絲沉積快速成形技術(shù)沉積得到了不銹鋼多層沉積層。研究發(fā)現(xiàn)沉積層的高度與層數(shù)有近似線性的關(guān)系，同時(shí)其力學(xué)性能優(yōu)良。在微觀組織中發(fā)現(xiàn)了典型碳化物，有利于奧氏體不銹鋼增強(qiáng)，因此，該技術(shù)可以用于不銹鋼零件的修復(fù)。美國(guó)空軍學(xué)院的 R.W.Bush 等人[45]的研究研究結(jié)果表明，電子束熔絲沉積制備的 Ti-6Al-4V，其高溫性能可與傳統(tǒng)成型加工方法制備的 Ti-6Al-4V 相媲美，而且該工藝可成功制備性能優(yōu)良的稀土彌散強(qiáng)化鈦合金，這開辟了一條全新的耐高溫鈦合金制造路線。我國(guó)在電子束熔絲沉積快速形成技術(shù)方面的研究較早，基本與國(guó)際接軌。在 2006 年

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文- 13 -圖1-7 電子束熔絲沉積成形典型零件[43]華中科技大學(xué)陳彬彬[46]對(duì)電子束熔絲沉積過程中的傳熱與流動(dòng)性為進(jìn)行了相關(guān)研究，其在研究中發(fā)現(xiàn)電子束沉積過程中熔池的深寬比較小，深度較小，寬度較大，同時(shí)建立了相關(guān)模型，利用數(shù)值模擬的方法研究了絲材熔化滴落后對(duì)熔池溫度場(chǎng)的影響情況，如圖 1-8 中所示，而且對(duì)熔池內(nèi)部熱量傳輸行為進(jìn)行了分析研究。圖1-8 熔滴沉積過程中溫度場(chǎng)的分布[46]北京航空制造工程研究所的黃志濤[47]等人針對(duì) TC18 鈦合金電子束熔絲成型過程中缺陷進(jìn)行了研究，研究中表明，，電子束熔絲成型過程中存在一些孔洞缺陷（圖 1-9），且主要以氣孔為主。氣孔的形成一方面是由于材料制備過程中被污染，沒有徹底清潔，另一方面則是由于工藝不成熟導(dǎo)致的，嚴(yán)格控制原材料清潔
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TG146.412

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6 吉智;李俊{

本文編號(hào)：2698210