本文關(guān)鍵詞：溫度調(diào)控對鈦合金激光沉積成形材料性能影響機制研究　出處：《山東大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：激光沉積成形技術(shù)是一種新型的增材制造加工手段,使用高能激光束熔化金屬粉末,通過逐層累積制造零件,該技術(shù)可以進(jìn)行復(fù)雜幾何形狀金屬零件的直接制造,在復(fù)雜結(jié)構(gòu)難加工材料的制造中有很大的應(yīng)用價值。鈦合金具有優(yōu)秀的機械性能和生物相容性,廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)和生物植入體的制造中,但是鈦合金屬于典型的難加工材料,使用傳統(tǒng)的鍛造+機加工的制造方法加工鈦合金,材料去除量大,周期長。使用激光沉積成形技術(shù)能夠顯著地縮短鈦合金復(fù)雜零件的制造周期,降低制造成本,并且能夠?qū)崿F(xiàn)破損零件的修復(fù)。然而在激光沉積成形技術(shù)中,激光束的快速移動造成巨大的溫度梯度,產(chǎn)生熱應(yīng)力,同時材料快速熔凝,造成組織材料分布不均勻,從而給成形零部件帶來嚴(yán)重的變形和表面開裂的問題。本文針對鈦合金激光沉積成形技術(shù)中材料力學(xué)性能一致性差,組織不均勻的問題,引入基體預(yù)熱緩冷工藝,分析該工藝對Ti-6Al-4V激光沉積材料的影響機制。本文的主要研究內(nèi)容如下:首先通過對不同的條件下組織凝固進(jìn)行理論分析,激光沉積成形熔池的凝固過程屬于亞快速非平衡凝固過程,伴隨復(fù)雜的相變和熱力學(xué)變化�；w預(yù)熱同時改變?nèi)鄢氐臏囟忍荻群湍趟俾?不會顯著改變固液界面穩(wěn)定因子的大小,因此基體預(yù)熱不會顯著改變沉積層微觀組織的類型,但是會增加晶粒尺寸。根據(jù)沉積層孔隙缺陷形成理論,基體預(yù)熱能夠降低熔池的凝固速率,減小沉積層孔隙缺陷形成的可能性。引用不同溫度下Ti-6Al-4V材料的微觀組織結(jié)構(gòu)的變化趨勢,對基體預(yù)熱工藝條件下激光沉積鈦合金微觀組織的影響進(jìn)行預(yù)測。此外本文對鈦合金板材預(yù)熱的溫度變化特性進(jìn)行了有限元分析,并且針對激光沉積成形板材預(yù)熱進(jìn)行工作臺的開發(fā)。然后,本文進(jìn)行Ti-6Al-4V鈦合金單道激光沉積成形試驗,分析了在不同基體預(yù)熱溫度下和不同的后續(xù)冷卻速率的條件下沉積層的宏觀形貌、微觀組織以及顯微硬度,發(fā)現(xiàn)預(yù)熱溫度對沉積層宏觀形貌有顯著的影響,沉積層熔深、熔寬、稀釋率、熱影響區(qū)深度隨著預(yù)熱溫度的提高而升高,熔高隨著預(yù)熱溫度的提高而降低。預(yù)熱溫度的提高能夠減小沉積層出現(xiàn)氣孔缺陷的可能性,在300℃以上的預(yù)熱溫度下,能夠獲得沒有氣孔缺陷的沉積層。在基體預(yù)熱的條件下,沉積層組織的平均晶粒尺寸增大,并且出現(xiàn)貫穿結(jié)合面的柱狀晶。沉積層主要由細(xì)長的片狀α相及α+β相魏氏組織組成,隨著預(yù)熱溫度的提高,魏氏體組織變得更加粗壯。沉積層的顯微硬度顯著大于基體的顯微硬度。隨著基體預(yù)熱溫度的提高,沉積層平均顯微硬度逐漸降低。緩冷處理對沉積層的微觀組織和顯微硬度都有一定的影響,但是影響效果不如改變預(yù)熱溫度顯著。最后,本文進(jìn)行了不同預(yù)熱溫度下的多道激光沉積試驗,并且對沉積層表面的殘余應(yīng)力進(jìn)行測量,研究預(yù)熱溫度對沉積層殘余應(yīng)力的影響。另外,本文設(shè)計了正交試驗,獲得了包含預(yù)熱工藝的激光沉積成形優(yōu)選工藝參數(shù),并且使用該參數(shù)進(jìn)行了鈦合金薄壁框形零件的激光沉積成形,對成形零件的基體變形和表面裂紋進(jìn)行了觀測和分析。本文發(fā)現(xiàn)基體預(yù)熱能夠降低鈦合金激光沉積材料表層的殘余應(yīng)力并且對沉積層的殘余應(yīng)力起到均勻化的作用。激光沉積后的緩冷處理也能夠降低沉積層表層的殘余應(yīng)力,但是效果不如提高預(yù)熱溫度明顯。在基體預(yù)熱條件下獲得的鈦合金薄壁框形零件裂紋明顯減少,基體預(yù)熱能夠有效緩解沉積零件表面裂紋的產(chǎn)生,改善成形質(zhì)量,對于薄壁框形零件的沉積成形能夠起到有益的作用。
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【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.23;TG665

【參考文獻(xiàn)】

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