【摘要】：鎢基高比重合金是鎢合金材料的一個(gè)重要組成部分,是國(guó)防和核工業(yè)中的重要原料以及戰(zhàn)略資源。目前主要采用粉末冶金燒結(jié)的方法制備,受制于燒結(jié)設(shè)備尺寸和燒結(jié)溫度限制,在制備高性能、大尺寸鎢合金零件方面還存在一些難于克服的困難,限制其在我國(guó)高端核工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。而基于增材制造原理的激光立體成形技術(shù)為鎢基高比重合金零件的制備和成形提供了一條新的途徑,若能將該技術(shù)運(yùn)用到鎢基高比重合金的制備,將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文開展了鎢基高比重合金激光立體成形的一系列前期技術(shù)研究,包括W60合金和W93Ni4.5Fe1.5合金的單層單道熔覆比較、W-Ni合金的單道多層堆積成形及分析、W-Ni-Fe合金激光立體成形的初步研究以及W-Ni-Fe和Ni25粉末曲面件成形；并利用有限元分析方法研究了合金三維成形過(guò)程中溫度場(chǎng)的變化,利用數(shù)值模擬分析了鎢含量和孔洞率對(duì)合金性能的影響,初步獲得高比重鎢合金激光立體成形合金件工藝,實(shí)現(xiàn)了W-Ni-Fe合金的成形,并考察了成形后試樣組織和性能之間的內(nèi)在聯(lián)系,為后續(xù)更加深入的研究奠定了基礎(chǔ)。取得的主要研究結(jié)果如下：1.無(wú)論是W60合金還是W93Ni4.5Fe1.5合金的單道激光熔覆,較佳的工藝參數(shù)為：激光功率1400W,激光束斑直徑約2mm、掃描速率約2mm/s; W90Ni10的多道多層立體成形試樣成形性良好,試樣表面無(wú)缺陷、顏色光亮,呈灰白色,斷裂強(qiáng)度更是達(dá)到882MPa。2.利用數(shù)值模擬研究理論三維堆積過(guò)程溫度場(chǎng)變化,明確了熔覆過(guò)程中溫度分布以及高溫度梯度的存在區(qū)域,熔覆過(guò)程中熔覆層存在熱量積累現(xiàn)象,且熔覆層和基材的交界處存在很大的熱梯度；計(jì)算分析了鎢含量(40%、50%、60%、70%、80%和90%)對(duì)成形合金試樣力學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)隨著鎢含量的增加,合金的屈服強(qiáng)度逐漸增加,彈性模量增加,但延伸率反而下降。通過(guò)這些研究,掌握了一定的成形影響規(guī)律,為后期鎢合金激光立體成形奠定基礎(chǔ)。3.立體成形工藝參數(shù)：激光功率1400W,送粉速率0.2轉(zhuǎn)每分,掃描速度5 mm/s,束斑直徑2mm,激光高度15mm,保護(hù)氣壓0.04MPa,搭接率40%。在大氣環(huán)境下制備多種配比的W-Ni-Fe高比重合金力學(xué)拉伸試驗(yàn)件,通過(guò)測(cè)試抗拉強(qiáng)度、硬度,結(jié)合組織結(jié)構(gòu)和成份配比分析,發(fā)現(xiàn)其成形性及力學(xué)性能與傳統(tǒng)的粉末冶金燒結(jié)工藝之間還存在著一定的差距,抗拉強(qiáng)度在W60時(shí)達(dá)到最大值717.5MPa,隨著W原子百分比的增大強(qiáng)度反而減小,當(dāng)W原子比百分比在80%以上時(shí),強(qiáng)度低于400MPa。分析發(fā)現(xiàn)樣品存在孔洞和氧化現(xiàn)象,大量W未熔化；當(dāng)Ni、Fe元素越多,微觀組織均勻性越好、成分偏析越小。計(jì)算分析了孔洞率(0.5%、1%、1.5%和2%)對(duì)成形合金試樣力學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)鎢顆粒承載了最主要的加載力,孔洞周邊存在很多應(yīng)力分布區(qū),正是在這些區(qū)域加載時(shí)承受了最大的加載力,率先產(chǎn)生了斷裂。而隨著孔隙率的增加,基體相的最大應(yīng)力保持不變,只是應(yīng)力分布發(fā)生改變,出現(xiàn)的區(qū)域變多。4.利用機(jī)器人手臂的三軸移動(dòng)配合工作轉(zhuǎn)臺(tái)的自轉(zhuǎn)和X-Z平面的直角轉(zhuǎn)動(dòng),預(yù)先設(shè)置好坐標(biāo)軌跡參數(shù),利用Ni25粉末激光立體成形各種曲面件,其成形效果都較好,外在構(gòu)型連續(xù)統(tǒng)一,看不出明顯缺陷。激光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)組織致密,無(wú)明顯的裂紋和孔隙；在此基礎(chǔ)上開展鎢基高比重合金曲面件的激光立體成形,通過(guò)多輪次實(shí)驗(yàn)優(yōu)化工藝,最終獲得W60曲面件,且成形效果良好。
【圖文】：

中國(guó)的鶴基合金發(fā)展了近６０年，，從無(wú)到有慢慢積累壯大，現(xiàn)在己經(jīng)有了一逡逑定的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。而隨著近幾年科技水平的不斷提高，國(guó)內(nèi)鶴基合金事業(yè)也得逡逑到了飛速如圖１．１、圖１心８－９１逡逑６逡逑ｉ．ｆｉｓ粉末；６金逡逑／邋Ｉ邋＼邋ｌ．Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ邐４＾邐３．哲電扭８＊邐＼邋２．巧末注射巧彩逡逑Ｉ邋２．Ｗ－．Ｎｉ－Ｃｕ邐fi邐－Ｌ邋＾１邐＼邋３．Ｃ１Ｐ．ＨＩＰ邋技術(shù)逡逑／邋３．Ｗ－ＣＵ邐２＂＾—５．其化巧材１９巧Ｉ邐Ｉ邋４．巧末巧壓巧巧逡逑２Ｗ＾邐／邋４．其也巧N灠紙皰危皺宕危叮茫鼻懾危苠危澹擔(dān)偽淇酃ぜ際蹂義蠅厘螊摲ㄥ義希ǎ�！巧巧佑系逦�。保藎徊泛戾危眨渙狽抗ぃ徘墑蹂義賢跡保敝泄諄轄鴆鬧侍逑�、品种簷E票腹ひ氈壤疽饌跡族義希卞義

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