【摘要】：天然貝殼材料特有的結(jié)構(gòu)賦予了其優(yōu)異的力學(xué)性能。貝殼珍珠層的軟質(zhì)與硬質(zhì)材料交織層狀復(fù)合結(jié)構(gòu)對應(yīng)其高強高韌的優(yōu)質(zhì)力學(xué)性能,此種結(jié)構(gòu)為設(shè)計及制造高強韌性仿生材料提供了新思路。本課題借鑒貝殼結(jié)構(gòu)設(shè)計沉積體結(jié)構(gòu),旨在設(shè)計得到高抗沖擊、高強、高韌的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。實驗中選取TC4鈦合金對應(yīng)貝殼中的硬質(zhì)材料,TA2純鈦對應(yīng)軟質(zhì)材料,首先采用等離子弧沉積絲材,研究工藝參數(shù)對成型的影響,并對薄壁結(jié)構(gòu)進行顯微組織分析及學(xué)性能檢測,采取三種不同的塊體沉積方案,分別為TC4沉積、TC4與TA2層間交替沉積、TC4與TA2道間交替沉積;選出綜合力學(xué)性能最優(yōu)方案再次利用電子束熔絲的方式進行沉積,對比分析等離子與電子束兩種成型方式的力學(xué)性能差異。研究結(jié)果表明,基于等離子熔絲增材制造技術(shù),分別探究了工藝參數(shù)對TC4和TA2成型的影響規(guī)律,確定工藝參數(shù)為:焊接電流為130A,運動速度為30 mm/s,送絲速度為 1.4mm/s(TC4)、1.2mm/s(TA2),TC4 與 TC4 搭接率為 36.3%,TA2 與 TA2 搭接率為35.2%,TC4與TA2搭接率為35.7%;基于電子束熔絲增材制造技術(shù),分別探究了工藝參數(shù)對TC4和TA2成型的影響規(guī)律,確定工藝參數(shù)為:加速電壓為60KV,聚焦電流為659 mA,運動速度為1 mm/s,送絲速度為5 mm/s,電子束流10mA(TC4)、9 mA(TA2);TC4與TC4搭接率40%,TA2與TA2搭接率38.4%。成型的TC4顯微組織分為熱影響區(qū)、梯度循環(huán)組織區(qū)、均勻區(qū)。在成型試樣的沉積底部為自下而上生長的柱狀晶粒,柱狀晶對試樣的各向異性起到很大的作用。成型試樣基板的顯微硬度小于熱影響區(qū)小于梯度循環(huán)組織,均勻組織區(qū)的顯微硬度小于梯度循環(huán)組織區(qū)。沉積塊體試樣力學(xué)性能均存在各向異性。沉積塊體在Z軸方向的抗沖擊能力較其余兩個方向高;經(jīng)過仿生方案增材之后的塊體比TC4塊體整體的抗沖擊韌性增強且抗拉強度略有降低;當塊體受到?jīng)_擊時,裂紋遇到TA2時會吸收大量的能量,其作為的軟相會使裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn),其中TC4與TA2層間交替沉積在Z軸方向的抗沖擊性能最高;拉伸斷口與沖擊斷口為具有韌窩的韌性斷裂。電子束增材成型試樣的力學(xué)性能規(guī)律與等離子弧增材成型試樣相似;經(jīng)過電子束沉積TC4與TA2層間交替試樣比用等離子弧沉積TC4與TA2層間交替試樣得到的抗拉強度、抗沖擊韌性均有提升,實現(xiàn)了在不減小抗拉強度的情況下沖擊韌性提高。
【圖文】：

電弧增材制造技術(shù)備受矚目，研究人員對增材成型結(jié)構(gòu)件的顯微組織及力逡逑學(xué)性能進行了大量研究。法國Ｒｉｂｅｉｒｏ等人對增材制造系統(tǒng)研究設(shè)計機器人，如圖Ｕ逡逑所示，并由其快速成型了典型結(jié)構(gòu)件，如圖１．２所示，研究了其成型后的質(zhì)量。美國的逡逑Ｏｕｙａｎｇ＾等人對５３５６鋁合金結(jié)構(gòu)件利用變極性的ＴＩＧ焊接系統(tǒng)進行快速成型，對焊接逡逑參數(shù)和焊縫形貌之間存在的關(guān)系進行研宄，并研究了預(yù)熱溫度、弧長等工藝參數(shù)關(guān)系。逡逑５逡逑

后面將該技術(shù)運用在飛機機身結(jié)構(gòu)件的增材成型１３６］。逡逑Ｉ邋ｆ邋ｉ逡逑圖１．１邋ＧＭＡＷ快速成型制造系統(tǒng)逡逑近年來，電弧增材制造技術(shù)備受矚目，研究人員對增材成型結(jié)構(gòu)件的顯微組織及力逡逑學(xué)性能進行了大量研究。法國Ｒｉｂｅｉｒｏ等人對增材制造系統(tǒng)研究設(shè)計機器人，如圖Ｕ逡逑所示，并由其快速成型了典型結(jié)構(gòu)件，如圖１．２所示，，研究了其成型后的質(zhì)量。美國的逡逑Ｏｕｙａｎｇ＾等人對５３５６鋁合金結(jié)構(gòu)件利用變極性的ＴＩＧ焊接系統(tǒng)進行快速成型，對焊接逡逑參數(shù)和焊縫形貌之間存在的關(guān)系進行研宄，并研究了預(yù)熱溫度、弧長等工藝參數(shù)關(guān)系。逡逑５逡逑
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.23

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