【摘要】：激光增材制造技術(shù)是通過(guò)CAD數(shù)據(jù)采用材料逐漸累加的方法制造實(shí)體零件的技術(shù),相對(duì)于傳統(tǒng)的材料去除-切削加工技術(shù),是一種“自下而上”的制造方法。作為一種典型的金屬增材制造技術(shù),憑借高效、高性能的優(yōu)勢(shì),成為鈦合金復(fù)雜零部件直接成形的重要手段,目前已成為激光加工技術(shù)中備受矚目的技術(shù),在飛機(jī)制造、重型機(jī)械等領(lǐng)域中均有廣泛的應(yīng)用。本文采用4kW光纖耦合半導(dǎo)體激光器對(duì)TC4鈦合金進(jìn)行了激光增材制造試驗(yàn)。主要研究了激光功率、掃描速度、送粉速度對(duì)沉積層表面形貌、熔高及熔寬的影響規(guī)律,在獲得單道最佳工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)改變搭接率進(jìn)行多道試驗(yàn),獲得了表面良好、滿足工藝要求的沉積層。采用最佳工藝參數(shù),制備了拉伸試樣,并對(duì)試樣進(jìn)行不同溫度的正火處理,采用萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)最佳工藝參數(shù)下的試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。通過(guò)金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)、X-射線衍射儀(XRD)對(duì)沉積層的組織結(jié)構(gòu)及相組成進(jìn)行了分析,主要獲得如下結(jié)論。試驗(yàn)結(jié)果表明,單道沉積時(shí)的最佳工藝參數(shù)為激光功率P=2200W、掃描速度Vs=800mm/min、粉盤(pán)轉(zhuǎn)速Vp=0.9r/min,通過(guò)搭接試驗(yàn)確定搭接率為50%。對(duì)試樣進(jìn)行正火處理,試驗(yàn)結(jié)果表明,在960℃及以下正火溫度的顯微組織為網(wǎng)籃組織,且隨著正火溫度的升高,組織明顯粗化,α相有序性降低;當(dāng)正火溫度為990℃時(shí),顯微組織為魏氏組織。隨著正火溫度的增加,XY方向和Z方向上的拉伸強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降趨勢(shì),且XY方向拉伸強(qiáng)度明顯高于Z方向的拉伸強(qiáng)度,但Z方向的塑性明顯優(yōu)于XY方向上的塑性。XY方向和Z方向上的微觀斷口形貌均布滿韌窩,為延性斷裂。在上述最佳工藝參數(shù)及正火處理(加熱溫度810℃、保溫時(shí)間2h、空冷)條件下獲得最佳力學(xué)性能為XY方向的拉伸強(qiáng)度921MPa、屈服強(qiáng)度917.3MPa、伸長(zhǎng)率12.8%、斷面收縮率27.5%,Z方向的拉伸強(qiáng)度906.1MPa、屈服強(qiáng)度900.2MPa、伸長(zhǎng)率15.8%、斷面收縮率49.3%。采用上述最佳工藝參數(shù)直接成形了尺寸為570mm×470mm×210 mm的大型TC4鈦合金結(jié)構(gòu)件,經(jīng)正火處理后,顯微組織為網(wǎng)籃組織、拉伸強(qiáng)度為904.17Mpa、屈服強(qiáng)度為900.13MPa、伸長(zhǎng)率為12.5%、斷面收縮率為42.5%。與鍛件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值相比,激光增材制造TC4鈦合金經(jīng)正火處理后的綜合性能明顯優(yōu)于鍛件,滿足了客戶的實(shí)際需求。
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG665;TG146.23
【圖文】：

Fig.2.1Laseradditivemanufacturingsystem 2.2a 所示，為激光增材制造設(shè)備實(shí)物圖，激光增材制造過(guò)程采用高功末，激光束按照設(shè)定軌跡逐層掃描，最終成型零部件。如圖 2.2b 所示屬于高活性的金屬材料，需對(duì)打印機(jī)設(shè)備進(jìn)行整體密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同凈化系統(tǒng)。為防止鈦合金粉末氧化，要嚴(yán)格控制密封艙內(nèi)的水、氧

8a 激光增材制造設(shè)備實(shí)物圖 b 循環(huán)凈化系統(tǒng)圖2.2 激光增材制造設(shè)備實(shí)物圖和循環(huán)凈化系統(tǒng)Fig.2.2Physicaldiagraph oflaseradditivemanufacturingequipmentandcirculationpurificationsystem表2.1 主要技術(shù)參數(shù)Tab.2.1Main technicalparameters功能 RC-LDM8060龍門(mén)式機(jī)床行程X×Y×Z 800mm×600mm×500mm運(yùn)動(dòng)速率 0-10m/minX、Y、Z 軸定位精度 ±0.05mmX、Y、Z 軸重復(fù)定位精度 ±0.03mmX、Y、Z 軸最大定位速度 15m/min線性分辨率 ±0.025mm惰性氣體保護(hù)方式 惰性氣體稀釋送粉量 1g/min-80g/min氧、水含量 ≤50ppm激光器類型 4KW 光纖耦合半導(dǎo)體激光器激光器功率 2000W-10000W2.1.1 光學(xué)系統(tǒng)本課題的激光增材制造試驗(yàn)是在南京中科煜宸激光技術(shù)有限公司完成。激光器是激光增材制造系統(tǒng)中的核心部件，目前激光器的種類較多，按照工作介質(zhì)的不同，可將其分為光纖激光器、半導(dǎo)體激光器、氣體激光器、液體激光器以及固體激光器五大類[45]。如圖 2.3 所示，本試驗(yàn)所采用的激光器為德國(guó) Laserline 公司生產(chǎn)的 4KW 光纖耦合半導(dǎo)體激光器。激光束經(jīng)光纖傳導(dǎo)輸出，在反射鏡及聚焦透鏡組作用下，光斑在加工平面聚焦，熔化基體表面與粉末形成熔池。為確保成型過(guò)程中輸出激光功率的穩(wěn)定性，采用功率計(jì)對(duì)

LDF-4000型激光器Fig.2.3LDF-4000laser

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2785565