【摘要】：作為一種高材料利用率、高設(shè)計自由度和近凈成形的加工方式,增材制造技術(shù)已成為航空航天部件制造的重要選擇。選區(qū)激光熔化(SLM)技術(shù)作為主流方法之一,在鈦合金制造中應(yīng)用最為廣泛,其中以Ti6Al4V為代表的α+β型雙相鈦合金因具有良好的綜合性能、優(yōu)良的生物相容性以及較高的損傷容限而被大量使用。研究表明,SLM的Ti6Al4V合金拉伸性能與鍛件相當(dāng),然而其疲勞性能嚴(yán)重降低。研究認(rèn)為,缺陷是導(dǎo)致疲勞性能降低的主要影響因素,因此開展缺陷容限研究是SLM的Ti6Al4V部件安全服役及性能評價的前提與基礎(chǔ)。本文基于成形工藝良好SLM的Ti6Al4V合金,綜合利用顯微組織表征技術(shù)和基礎(chǔ)力學(xué)試驗,借助基于上海光源同步輻射X射線斷層掃描(SR-μCT)和實驗室微焦點斷層掃描技術(shù)(XCT),開展了微觀組織揭示、缺陷分布表征、疲勞強度預(yù)測以及缺陷容限評價等系統(tǒng)探索。試驗借助金相顯微鏡和電子背散射衍射(EBSD)設(shè)備進行了顯微組織的表征研究,細小的針狀?′馬氏體硬脆相是SLM的Ti6Al4V合金強度高塑性差的根本原因。利用硬度測試、拉伸試驗、疲勞試驗和SR-μCT原位試驗對合金的力學(xué)性能進行表征,發(fā)現(xiàn)缺陷顯著惡化SLM的Ti6Al4V合金的疲勞性能,其尺寸、位置和形貌均對疲勞性能有不同程度的影響。基于SR-μCT和XCT的缺陷重構(gòu)結(jié)果,開展缺陷尺寸的極值統(tǒng)計工作,利用極值估計量借助Murakami預(yù)測模型對疲勞強度進行預(yù)測,預(yù)測結(jié)果可靠�；贙itagawa-Takahashi圖的評估思想,借助斷裂力學(xué)方法,對SLM的Ti6Al4V內(nèi)部缺陷容限進行評價,確定了最大臨界缺陷尺寸范圍,通過有限元仿真描述了缺陷局部應(yīng)力狀態(tài)隨位置不同的演化規(guī)律,并討論了四種不同的缺陷分級評價方法,對真實含缺陷試樣的疲勞裂紋萌生位置進行預(yù)測。研究結(jié)果為增材合金內(nèi)部缺陷容限評價以及缺陷對疲勞性能和服役壽命的影響提供了重要的分析思路與方法,同時也為高速列車輕量化部件增材制造材料的嘗試性應(yīng)用提供了先期探索。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V26;V46
【圖文】：

圖 1-1 選區(qū)激光熔化增材制造技術(shù)原理圖化加工過程涉及的參數(shù)眾多，不同的參數(shù)設(shè)置，影響成形質(zhì)量，工業(yè)中常常通過不同的參數(shù)組合參數(shù)包括：預(yù)熱溫度。成形過程中試樣內(nèi)部存在高的溫度梯的產(chǎn)生，當(dāng)熱應(yīng)力達到材料拉伸強度時試樣將產(chǎn)。而基板預(yù)熱是解決這一問題的有效途徑，通過度分布，從而抑制殘余內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。功率。指激光器的實際輸出功率，單位為 W。描熔池的大小以及熔敷層的厚度，不良的激光功熔合和氣孔缺陷的存在。速度。掃描速度影響成形加熱時間及粉末的利用作用決定熔池的熱輸入，最終影響成形質(zhì)量和

命則主要取決于擴展壽命和擴展速率，而擴展速率和裂紋尖端前緣應(yīng)力強度因子范圍（ΔK）有關(guān)。存在某一應(yīng)力強度因子范圍臨界值（ΔKth）即應(yīng)力強度因子范圍門檻值，當(dāng)應(yīng)力強度因子范圍小于該值時（即滿足式 1-3[60]），裂紋不會發(fā)生擴展，則認(rèn)為裂紋不會引起失效。（1-3）ΔK=Kmax- Kmin應(yīng)力強度因子范圍，ΔKth為應(yīng)力強度因子范圍門檻值。缺陷容限評價則是基于損傷容限理論開展的，其允許存在一定尺寸的缺陷，而存在的缺陷雖可以萌生裂紋但萌生的裂紋不會擴展（滿足式 1-3），或裂紋以緩慢的速率擴展，在服役周期內(nèi)不會發(fā)生失穩(wěn)。缺陷容限設(shè)計方法中一個關(guān)鍵的參量就是材料的缺陷容限值，材料缺陷容限值代表材料含有小缺陷而不發(fā)生進一步擴展的缺陷臨界值，當(dāng)缺陷尺寸高于這一值時，缺陷會發(fā)生擴展，當(dāng)?shù)陀谶@一值時，缺陷不會發(fā)生擴展而破壞[61]。

第二章 材料制備與試驗方法設(shè)備及材料基于中國航空制造技術(shù)研究院良好的激光成形技術(shù)，選取6Al4V 試樣，進而忽略不良加工工藝參數(shù)對材料內(nèi)部質(zhì)量工藝參數(shù)下 SLM-Ti6Al4V 合金開展了成型態(tài)（未進行熱00℃保溫 2h）SLM-Ti6Al4V 試樣的疲勞性能測試。采用德區(qū)激光熔化成形系統(tǒng)，其最大功率為 8.5 kW，同時設(shè)備配b-fibre 光纖激光發(fā)射器以及高速掃描光學(xué)系統(tǒng)，將激光束m，能夠提供性能良好、穩(wěn)定性高的激光；其保護氣體控氣兩種保護氣體。該系統(tǒng)的最大成形空間為 250 mm×2形速度范圍為 2~20 mm3/s，加工成形的樣品表面粗糙度可圖 2-1 所示。

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本文編號：2744319