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《湖南大學(xué)》 2014年

激光增材制造鈦合金成分探測(cè)與顯微組織分析

譚霆  

【摘要】：鈦合金具有比強(qiáng)度高、耐蝕性、綜合力學(xué)性能優(yōu)異、生物相容性好等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空航天、深海作業(yè)及生物醫(yī)療領(lǐng)域。本文描述了自主研發(fā)的光纖激光同軸送粉增材制造設(shè)備，重點(diǎn)分析了激光增材制造不同成分Ti-Al合金加工過程，并對(duì)激光增材制造Ti6Al4V成型件在不同工藝參數(shù)下的顯微組織變化進(jìn)行了研究。 設(shè)計(jì)開發(fā)了包括送粉器、混粉器、同軸送粉噴嘴在內(nèi)的多路同軸送粉系統(tǒng)，并將送粉系統(tǒng)集成到IPG光纖激光器和ABB六軸機(jī)器人，連同光譜監(jiān)測(cè)設(shè)備開發(fā)了光纖激光同軸送粉增材制造系統(tǒng)。通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（Design of Experiment），獲得了光纖激光增材制造Ti6Al4V的優(yōu)化工藝參數(shù)。 采用光譜儀對(duì)激光增材制造不同成分的Ti-Al合金過程中產(chǎn)生的等離子體光譜進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。利用兩條Ti-I原子譜線和兩條Al-I原子譜線求得4線強(qiáng)度比，并對(duì)不同成分對(duì)應(yīng)的線強(qiáng)度比做了線性擬合，，線性相關(guān)系數(shù)最好的線強(qiáng)度比擬合直線達(dá)0.9883，最大的百分比誤差為8.9%。等離子體溫度是利用390-410nm之間的5條Ti-I譜線繪制玻爾茲曼平面求得，用Voigt對(duì)波長為348.48的Ti-II譜線擬合得Stark展寬，通過Stark展寬計(jì)算得到不同成分對(duì)應(yīng)的電子密度。利用二次曲線對(duì)不同成分比例下的等離子體溫度以及電子密度進(jìn)行擬合，結(jié)果表明隨著Ti含量的增加等離子體溫度和電子密度都隨之增加，不同的是等離子體溫度的增長速度逐漸放緩，而電子密度的增長速度逐漸加快。 運(yùn)用光學(xué)顯微（OM）、掃描電子顯微（SEM）等表征技術(shù)對(duì)激光增材制造Ti6Al4V合金不同工藝參數(shù)（激光功率、掃描速度、送粉量及保護(hù)氣流量）條件下顯微組織及其形成機(jī)理進(jìn)行了研究。研究表明試樣宏觀形貌表現(xiàn)為靠近基材底部為沿沉積方向外延生長的粗大柱狀晶，試樣頂部為等軸晶，試樣頂部存在柱狀晶/等軸晶轉(zhuǎn)變；微觀形貌表現(xiàn)為從基體至試樣頂部依次為基體板條狀組織、片狀組織、網(wǎng)籃組織、細(xì)密馬氏體組織、等軸β晶組織等。在其他工藝參數(shù)一定的情況下，隨激光功率增加，沉積寬度逐漸增大，沉積厚度呈現(xiàn)先增加后減小、等軸β晶粒尺寸增大，β晶內(nèi)組織越粗化；隨著掃描速度的增加，晶內(nèi)組織變得更加細(xì)長；隨著送粉量的增加，沉積厚度增加，其組織相對(duì)更加細(xì)密。本文中，保護(hù)氣體流量對(duì)顯微組織影響不大。采用鑲樣法制樣過程中會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力誘導(dǎo)馬氏體相變，因此采用電解拋光法制樣能更真實(shí)的反應(yīng)成型件的顯微組織。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TG146.23;TG665
【目錄】：

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