【摘要】：隨著我國航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展,關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件服役環(huán)境也越來越苛刻,因而對(duì)其幾何形狀和力學(xué)性能同時(shí)提出了更高的要求。激光選區(qū)熔化(Selective Laser Melting,SLM)技術(shù)基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),通過逐層堆積的原理可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的整體成形,且成形零件力學(xué)性能優(yōu)于鑄件標(biāo)準(zhǔn),該技術(shù)有望在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V(TA15)合金作為一種近α型鈦合金,兼具了α型鈦合金的熱強(qiáng)性和可焊性與α+β型鈦合金的工藝塑性,具備在高溫下使用的能力,可在500℃高溫下長時(shí)間工作,并廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)。基于此,本文主要開展了SLM成形TA15合金的工藝優(yōu)化,探索了工藝參數(shù)對(duì)微觀組織、力學(xué)性能的影響,通過熱處理方式來調(diào)控微觀組織、力學(xué)性能并對(duì)比分析了不同粉末成形技術(shù)對(duì)微觀組織、力學(xué)性能的影響。主要研究工作和成果如下:探索了SLM成形TA15合金的工藝參數(shù),研究了不同激光功率對(duì)成形件微觀組織、力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明微觀組織均由針狀α'馬氏體組成,隨著激光功率的增大會(huì)出現(xiàn)少量孔隙,力學(xué)性能呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。優(yōu)化后的工藝參數(shù)為:激光功率230 W、掃描速度675 mm/s、鋪粉層厚0.03 mm。該工藝條件下成形的TA15制件室溫拉伸抗拉強(qiáng)度高達(dá)1422.07 MPa、延伸率9.5%,500℃高溫拉伸抗拉強(qiáng)度可達(dá)990.2 MPa、延伸率15.6%。研究了不同的熱處理溫度對(duì)SLM成形TA15合金的相組成、微觀組織和力學(xué)性能的影響。經(jīng)過650℃、750℃、850℃、950℃、1000℃和1100℃的熱處理之后,SLM試樣中的針狀α'馬氏體逐漸消失,轉(zhuǎn)化為板條狀α相和β相,且晶粒逐漸增大。隨著熱處理溫度的升高,室溫和500℃高溫抗拉強(qiáng)度均逐漸降低。室溫拉伸的延伸率先升高后降低,在750℃的熱處理下表現(xiàn)出最高的延伸率;500℃高溫拉伸的延伸率表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì),當(dāng)溫度達(dá)到1100℃時(shí)延伸率有略微下降。結(jié)合室溫和500℃高溫拉伸性能的結(jié)果,得到最優(yōu)的熱處理工藝為:750℃保溫兩小時(shí)隨爐冷卻,該工藝條件下試樣的室溫拉伸和500℃高溫拉伸的延伸率分別比未熱處理試樣的延伸率提高了55%和13.6%。研究了SLM、放電等離子燒結(jié)(Spark Plasma Sintering,SPS)、熱等靜壓(Hot Isostatic Pressing,HIP)和鑄造(Casting)四種技術(shù)對(duì)成形TA15合金的相成分、微觀組織和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,SLM成形TA15試樣由針狀α'馬氏體組成,而SPS、HIP和Casting技術(shù)成形的TA15試樣主要由粗大的板條狀α相和β相組成,且SPS、HIP和Casting技術(shù)成形試樣的晶粒大小均是SLM成形試樣的十余倍。SLM試樣的室溫抗拉強(qiáng)度分別比SPS、HIP和Casting試樣提升了48.2%、67.9%和53.6%,同時(shí)具有相對(duì)良好的延伸率;在其使用溫度(500℃)附近也具有優(yōu)異的強(qiáng)度和延展性組合,其抗拉強(qiáng)度分別比SPS、HIP和Casting試樣高出75.3%、84.4%和51.8%。
【圖文】：

圖 1-1 SLM 技術(shù)成形原理示意圖Fig.1-1 Schematic diagram of SLM technology，減少了模具設(shè)計(jì)和其加工工藝的開發(fā)，工藝流程簡(jiǎn)單，大大[6,12]。利用率高造金屬零件是采用去除材料的加工思路，要達(dá)到所需零件的要造成了原材料的嚴(yán)重浪費(fèi)，所以材料利用率較低。而 SLM 技術(shù)在制造零件過程中選擇性地熔化金屬粉末，未被使用的粉末可現(xiàn)所用原材料和所需零件的等體積制造，有效地避免了原材料料的利用率。件綜合力學(xué)性能優(yōu)良件的宏觀力學(xué)性能主要由金屬內(nèi)部的相組成、晶粒大小、取向l-Petch 公式可知，，晶粒越細(xì)小，制件的綜合力學(xué)性能越好[13]。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文所成形的構(gòu)件尺寸精度高，表面粗糙度較好，一般經(jīng)拋光或簡(jiǎn)單的表面處理可使用，甚至有的零件可直接使用。因其特殊的加工工藝，不受限于成形零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，且成形零件精度高，所以在航空航天輕量化復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件、復(fù)雜模具的制造以及個(gè)性化的生物醫(yī)療器械等方面有廣泛的應(yīng)用前景。圖 1-2 為部分采用 SLM 技術(shù)制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V214;V414

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本文編號(hào)：2700396