【摘要】：電子束熔絲沉積技術(Electron Beam Wire Deposition,EBWD)是一種以電子束為熱源,通過將外加絲材熔化而層層堆積,最終形成所需零件的近凈成形增材制造技術,該技術能夠實現復雜鈦合金結構件的無模具、高效率、低浪費加工。但EBWD鈦合金的宏觀組織普遍為粗大柱狀晶,柱狀晶內組織不均勻,這會對沉積層力學性能產生不利影響,使其存在明顯各向異性。如何改善沉積層內柱狀晶粒,均勻晶內組織,減小其各向異性是EBWD鈦合金急需解決的問題。為此,本文以TC4鈦合金為研究對象,針對EBWD沉積鈦合金的宏微觀組織演化規(guī)律,組織均勻性調控方法及力學性能各向異性展開研究。主要研究內容和結果如下:EBWD的主要影響因素有熱輸入量和送絲速度,其中熱輸入量主要由電子束流和焊接速度決定。為探究各因素對EBWD宏微觀的影響,在合適的熱輸入量參數范圍內采用單一變量法分別沉積,發(fā)現增加電子束流后沉積層高度降低寬度增加,同時產生明顯飛濺;增加焊接速度后沉積層高度無明顯變化但寬度減小;增加送絲速度后沉積層高度增加而寬度無明顯變化。采用小熱輸入量快送絲速度進行EBWD能夠獲得成形良好的沉積層。減小熱輸入量能夠使柱狀晶在沉積高度方向上產生偏移,增大送絲速度能夠使柱狀晶產生向等軸晶轉變的趨勢;當采用小熱輸入量快送絲速度參數進行間隔沉積TC4鈦合金時,沉積層內粗大的外延生長柱狀晶得到了改善,但組織沿沉積高度方向存在明顯差異。沉積層在Z方向的抗拉強度與中下部X方向的抗拉強度相當,但均小于上部X方向的抗拉強度。針對沉積層在高度方向的組織差異,采用后期熱處理的方式均勻晶內組織。發(fā)現固溶溫度,固溶時間,冷卻速度,時效溫度和時效時間均對EBWD試樣沉積層的組織均勻性有直接影響。在一定范圍內提高固溶時效的溫度和時間均能改善組織均勻性,但溫度過高或時間過長會使組織粗化,從而降低沉積層的組織均勻性和力學性能;960℃固溶2h后空冷至室溫,再進行550℃時效4h后空冷的熱處理工藝能夠使EBWD試樣組織均勻化。EBWD試樣經固溶時效熱處理后沿沉積高度方向的不均勻組織得到了改善,在沉積層內獲得均勻α相組織,沉積層的力學性能得到優(yōu)化,滿足AMS 4999A標準要求,同時進一步減小了沉積層的各向異性。
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.23;TG661
【圖文】：

強度、熱強性及耐腐蝕性而被廣泛應用[2-4]。其密度僅為鋼的 57%；熔點為 1678℃，可在最高溫度 600℃下正常使用并保持良好的力學性能；鈦表面會生成一層鈍化膜，能夠有效隔絕空氣或腐蝕性物質對鈦的氧化腐蝕。但鈦的化學性質活潑，極易與其他元素發(fā)生化學反應，造成元素燒損，而其表面氧化膜易在高溫條件下發(fā)生脫落開裂而失去保護效果[5]。（2）TC4 鈦合金TC4 鈦合金是典型的雙相鈦合金，α相和β相是其最基本相。當溫度在 882℃以下時形成具有密排六方結構固溶體的α相，在 882℃以上時形成具有體心立方結構固溶體的β相。在鈦合金的相變過程中，當合金元素成分和外界條件發(fā)生改變時，可能形成β→α轉變未完成的亞穩(wěn)定相產物，或者形成形狀尺寸各異的相，使得 TC4鈦合金的相組成復雜多樣。通過對其加工過程的控制，通常能夠得到魏氏組織、雙態(tài)組織、網籃組織和等軸組織這四種典型的兩相鈦合金組織，如圖 1-1 所示。將鈦合金加熱至β轉變溫度以上并緩慢冷卻或者加熱與變形都處于β相區(qū)時，可得到圖 1-1(a)中魏氏組織，其特點為原始β晶粒的晶界清晰完整，同時在晶界處分布著明顯的連續(xù)晶界α相，在原始β晶粒內部大量分布著平行排列且長寬比近乎一致的

圖 1-3 蘭利研究中心研制的設備及成形零件[31](a)EBWD 設備；(b)快速成形鈦合金零件04 年，美國 Sciaky 公司[32]在蘭利研究中心的設備上進一步改造，BWD 快速成形設備，該設備以 18kg/h 的沉積速度用于大型構件的所示。在 2013 年，該公司制造的零件被 F-35 戰(zhàn)斗機搭載并成功進圖 1-4 美國 Sciaky 公司研制的設備及成形零件[32](a)商用 EBWD 設備；(b)快速成形零件06 年，中航 625 所[33]研制出國內首臺 EBWD 設備，并成功研制出，如圖 1-5 所示。在 2012 年時該所制備的零件在飛機上成功搭載。

南昌航空大學碩士學位論文 第 1 章 緒圖 1-3 蘭利研究中心研制的設備及成形零件[31](a)EBWD 設備；(b)快速成形鈦合金零件2004 年，美國 Sciaky 公司[32]在蘭利研究中心的設備上進一步改造，成功研商用 EBWD 快速成形設備，該設備以 18kg/h 的沉積速度用于大型構件的制造，圖 1-4 所示。在 2013 年，該公司制造的零件被 F-35 戰(zhàn)斗機搭載并成功進行試飛

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2781498