鈦鋁基合金具有密度低、耐熱性好、比強度高、良好的抗氧化性和高溫蠕變性等優(yōu)異的高溫性能,被認為是未來應用于航空航天和汽車工業(yè)領域制造輕質結構零部件的理想材料。但是,TiAl合金較脆且熱加工性較差,利用傳統(tǒng)工藝制造零部件的過程中易開裂,無法整體成形結構復雜且性能優(yōu)異的零部件。激光選區(qū)熔化(Selective Laser Melting,SLM)在高能激光束的作用下可以直接熔化TiAl合金粉末成形具有復雜結構的零件,無需刀具和模具,成形速度快,縮短了產品的開發(fā)周期,適合航空航天領域結構復雜零部件的整體成形。與傳統(tǒng)制造過程相比,SLM成形過程中金屬粉末快速熔化、快速冷卻,導致SLM成形件的微觀組織和力學性能與傳統(tǒng)件相比存在較大的差異。本文以Ti-48Al-2Cr-2Nb為基體粉末配制TiAl基金屬粉末材料,研究SLM成形TiAl基合金粉末的工藝、微觀組織與力學性能。主要內容如下:(1)研究了激光掃描線間距對SLM成形TiAl基合金過程中晶粒的大小與取向、織構、相位關系和力學性能的演變關系。研究發(fā)現SLM成形的Ti-48Al-2Cr-2Nb/RGO合金中,隨著激光掃描線間距的增加,晶粒尺寸逐漸減小,但是晶粒的取向保持(0001)、(101?1)和(112?1)的混合取向不變;高角度晶界的含量逐漸降低;SLM成形件主要由α_2,γ和B_2相組成,且隨著激光掃面線間距的增大,α_2相的含量逐漸降低而γ和B_2相的含量逐漸升高;成形合金試樣的納米硬度和楊氏模量分別由8.13±0.392 GPa和155.62±7.78 GPa增加至9.85±0.458 GPa和179.02±8.90 GPa。(2)研究了B元素的含量對SLM成形TiAl基合金粉末微觀組織與力學性能的影響。研究結果表明在SLM成形的TiAl/B合金試樣中,隨著B元素的質量分數從0%增至2%,晶粒的平均尺寸從16.64μm降至5.66μm,同時晶粒的取向從很強的(101?1)和(112?1)取向轉變?yōu)橐?0001)取向為主;合金試樣中{0001}取向的織構指數從10.78增加至22.69,高角度晶界的含量從87.9%升高到94.4%;SLM成形合金試樣的抗壓強度和應變分別從1083.16 MPa和3.43%增至1610.53 MPa和5.17%,其失效形式呈典型的脆性斷裂模式。本文對SLM成形TiAl基復合材料的微觀組織和力學性能的研究結果為SLM成形工藝提供理論基礎,有利于SLM技術的推廣和應用。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG665;TB331
【部分圖文】：

展而來的[12]。與 SLS 技術相比，SLM 采用了一些新的特殊工藝，直接成形高致密度的金屬零件。1986 年美國德克薩斯大學奧斯汀分校首次提出 SLS 成形技術，并在 1988年研制出世界上第一臺 SLS 樣機[13]。此樣機使用功率較低的 CO2激光器，只能成形非金屬材料或熔點相對較低的金屬粉末。隨著前期技術的積累以及激光制造技術的飛速發(fā)展，21 世紀初期市面上涌現眾多 SLM 設備。目前，國外研究 SLM 技術的單位主要有比利時魯汶大學[14]、德國 Fraunhofer 激光技術研究所、英國艾克賽特大學[15]、新加坡南洋理工大學[16]等，德國是從事 SLM 技術研究最早也是研究最深入的國家，國內主要有華中科技大學、西北工業(yè)大學、華南理工大學、西安交通大學等單位在模具、生物植入體、微制造及超輕結構件等方面開展了應用研究[17]。目前國外 EOS 公司、SLMSolutions 公司、Concept Laser 公司和 MCP 公司已經將 SLM 工藝應用到航空航天、汽車、家電、模具、工業(yè)設計、珠寶首飾、醫(yī)學生物等領域，而國內應用方面發(fā)展相對緩慢[18]。如圖 1-1 所示為國內外利用 SLM 成形技術制造的金屬零件。

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文；（3）SLM 設備成形控制軟件讀取 STL 文件，然后在計算機控制下化切片區(qū)域內的金屬粉末；（4）成形缸下降一個單層厚度的距離，層厚度的距離；（5）在已成形面上鋪一個單層厚度的金屬粉末；（逐層堆積成形金屬零件[19-20]。

避免傳統(tǒng)制造過程中的拼裝連接[22]。SLM成形技術工序簡單，成形速度度降低零件的制造時間。因此，SLM成形技術可以縮短復雜結構的制造雜結構的快速成形[23]。2）節(jié)省材料，實現輕量化制造用傳統(tǒng)的切削加工成形金屬零件時，需要將坯料大面積切除，且切削廢次利用，造成材料的利用率較低；SLM成形技術作為一種新型的增材制造程中基本上可以實現所需粉末材料與零件實體等體積制造，材料的利用上甚至接近100%，并且剩余的粉末材料很易回收重復利用，降低了零件很適合一些貴重的金屬材料的成形制造[24]。對于一些傳統(tǒng)制造技術無法孔結構，采用SLM技術在合適的參數條件下可以快速成形，并獲得良好合適航空航天領域輕量化的發(fā)展需求[25]。SLM成形的輕量化多孔結構如
【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 楊銳;;鈦鋁金屬間化合物的進展與挑戰(zhàn)[J];金屬學報;2015年02期

2 孔凡濤,陳玉勇,田競,陳予勇;TiAl基金屬間化合物研究進展[J];材料科學與工藝;2003年04期

相關博士學位論文 前2條

1 張升;醫(yī)用合金粉末激光選區(qū)熔化成形工藝與性能研究[D];華中科技大學;2014年

2 閆春澤;聚合物及其復合粉末的制備與選擇性激光燒結成形研究[D];華中科技大學;2009年

本文編號：2880542