本文關(guān)鍵詞：鈦合金電子束快速成形缺陷形成機(jī)理研究　出處：《華中科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：電子束快速成形技術(shù)(Electron Beam Freeform Fabrication—EBF3)是一種采用高能電子束作為熱源,熔化同步送進(jìn)的絲材,逐層堆積制造出任意復(fù)雜形狀金屬零件的新型增材制造技術(shù)。國內(nèi)外鮮有關(guān)于電子束快速成形過程中缺陷機(jī)理方面的研究。本文以TC4鈦合金為研究對(duì)象,開展了電子束快速成形堆積體未熔合、氣孔缺陷的實(shí)驗(yàn)和理論研究,探討了缺陷的形成機(jī)理。所取得的創(chuàng)新成果和工作如下:(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及成形特點(diǎn),提出了EBF3工藝未熔合缺陷的四種形成模式。根據(jù)其中的相鄰沉積體間形成間隙的方式,建立了未熔合的傳熱、流動(dòng)和自由界面演化耦合數(shù)學(xué)模型,動(dòng)態(tài)模擬了未熔合的產(chǎn)生過程。對(duì)未熔合產(chǎn)生過程的溫度場(chǎng)、流動(dòng)場(chǎng)和自由界面形貌進(jìn)行了詳細(xì)分析,探討了未熔合缺陷形成機(jī)理。(2)通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和能譜成分分析,發(fā)現(xiàn)EBF3成形的鈦合金堆積體氣孔主要可分為三種類型。其中,內(nèi)壁光滑Ⅰ型氣孔呈規(guī)則圓球形,內(nèi)表面光滑,多位于熔合線附近。內(nèi)壁球狀組織Ⅱ型氣孔具有大致光滑連續(xù)的球形邊緣,內(nèi)壁部分區(qū)域聚集直徑1μm到60μm的球狀組織。對(duì)氣孔進(jìn)行微區(qū)成分分析,發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)Al含量與基材相比減少了,氣孔內(nèi)表面Al元素的含量從6.00%降低到3.00%,在球形組織上僅為3.79%;而氣孔內(nèi)表面V的含量相比較基材的4.00%增加到12.06%,球形組織上V的含量則降低到2.76%。內(nèi)壁不規(guī)則組織Ⅲ型氣孔粗大且形狀不規(guī)則,內(nèi)壁組織粗糙,呈撕裂狀。(3)提出了鈦合金堆積體氣孔的可能形成機(jī)理。Ⅰ型氣孔是因熔池內(nèi)的氫、氧、氮等元素在熔池內(nèi)部的溶解度突然變化而析出,經(jīng)形核、長(zhǎng)大產(chǎn)生的冶金氣孔。Ⅱ型氣孔是在真空環(huán)境下,TC4鈦合金中的Al、Ti、V元素依次蒸發(fā)產(chǎn)生金屬蒸汽與I型氣孔氣泡混合后,金屬蒸汽依次凝結(jié),依附于氣泡壁形核長(zhǎng)大,形成的內(nèi)壁具有球狀組織的氣孔。在真空條件下,為Ti、V的凝固前沿所捕獲的I型氣體氣泡在受到Al元素蒸發(fā)的反沖壓力的作用時(shí),被撕破,形成了具有爆炸撕裂狀特征的III型氣孔。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.23;TG661

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