【摘要】：電子束熔絲沉積技術(shù)(Electron Beam Wire Deposition,EBWD)是一種以電子束為熱源,通過(guò)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(shù),該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜鈦合金結(jié)構(gòu)件的無(wú)模具、高效率、低浪費(fèi)加工。但EBWD鈦合金的宏觀組織普遍為粗大柱狀晶,柱狀晶內(nèi)組織不均勻,這會(huì)對(duì)沉積層力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響,使其存在明顯各向異性。如何改善沉積層內(nèi)柱狀晶粒,均勻晶內(nèi)組織,減小其各向異性是EBWD鈦合金急需解決的問(wèn)題。為此,本文以TC4鈦合金為研究對(duì)象,針對(duì)EBWD沉積鈦合金的宏微觀組織演化規(guī)律,組織均勻性調(diào)控方法及力學(xué)性能各向異性展開(kāi)研究。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)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(duì)EBWD宏微觀的影響,在合適的熱輸入量參數(shù)范圍內(nèi)采用單一變量法分別沉積,發(fā)現(xiàn)增加電子束流后沉積層高度降低寬度增加,同時(shí)產(chǎn)生明顯飛濺;增加焊接速度后沉積層高度無(wú)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(wú)明顯變化。采用小熱輸入量快送絲速度進(jìn)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(chǎn)生偏移,增大送絲速度能夠使柱狀晶產(chǎn)生向等軸晶轉(zhuǎn)變的趨勢(shì);當(dāng)采用小熱輸入量快送絲速度參數(shù)進(jìn)行間隔沉積TC4鈦合金時(shí),沉積層內(nèi)粗大的外延生長(zhǎng)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(qiáng)度與中下部X方向的抗拉強(qiáng)度相當(dāng),但均小于上部X方向的抗拉強(qiáng)度。針對(duì)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(nèi)組織。發(fā)現(xiàn)固溶溫度,固溶時(shí)間,冷卻速度,時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間均對(duì)EBWD試樣沉積層的組織均勻性有直接影響。在一定范圍內(nèi)提高固溶時(shí)效的溫度和時(shí)間均能改善組織均勻性,但溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)使組織粗化,從而降低沉積層的組織均勻性和力學(xué)性能;960℃固溶2h后空冷至室溫,再進(jìn)行550℃時(shí)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(jīng)固溶時(shí)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(nèi)獲得均勻α相組織,沉積層的力學(xué)性能得到優(yōu)化,滿足AMS 4999A標(biāo)準(zhǔn)要求,同時(shí)進(jìn)一步減小了沉積層的各向異性。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.23;TG661
【圖文】：

強(qiáng)度、熱強(qiáng)性及耐腐蝕性而被廣泛應(yīng)用[2-4]。其密度僅為鋼的 57%；熔點(diǎn)為 1678℃，可在最高溫度 600℃下正常使用并保持良好的力學(xué)性能；鈦表面會(huì)生成一層鈍化膜，能夠有效隔絕空氣或腐蝕性物質(zhì)對(duì)鈦的氧化腐蝕。但鈦的化學(xué)性質(zhì)活潑，極易與其他元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成元素?zé)龘p，而其表面氧化膜易在高溫條件下發(fā)生脫落開(kāi)裂而失去保護(hù)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(dāng)溫度在 882℃以下時(shí)形成具有密排六方結(jié)構(gòu)固溶體的α相，在 882℃以上時(shí)形成具有體心立方結(jié)構(gòu)固溶體的β相。在鈦合金的相變過(guò)程中，當(dāng)合金元素成分和外界條件發(fā)生改變時(shí)，可能形成β→α轉(zhuǎn)變未完成的亞穩(wěn)定相產(chǎn)物，或者形成形狀尺寸各異的相，使得 TC4鈦合金的相組成復(fù)雜多樣。通過(guò)對(duì)其加工過(guò)程的控制，通常能夠得到魏氏組織、雙態(tài)組織、網(wǎng)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(zhuǎn)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(shí)，可得到圖 1-1(a)中魏氏組織，其特點(diǎn)為原始β晶粒的晶界清晰完整，同時(shí)在晶界處分布著明顯的連續(xù)晶界α相，在原始β晶粒內(nèi)部大量分布著平行排列且長(zhǎng)寬比近乎一致的

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

南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 1 章 緒圖 1-3 蘭利研究中心研制的設(shè)備及成形零件[31](a)EBWD 設(shè)備；(b)快速成形鈦合金零件2004 年，美國(guó) Sciaky 公司[32]在蘭利研究中心的設(shè)備上進(jìn)一步改造，成功研商用 EBWD 快速成形設(shè)備，該設(shè)備以 18kg/h 的沉積速度用于大型構(gòu)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(jī)搭載并成功進(jìn)行試飛

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2781498