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增材制造Ti6Al4V合金固體滲硼前后的組織及性能研究

發(fā)布時間:2020-04-04 21:43
【摘要】:本文首先研究了增材制造Ti6Al4V合金的組織及力學(xué)性能,并在此基礎(chǔ)上采用固體粉末滲硼法在增材制造Ti6Al4V合金表面形成硬質(zhì)的鈦硼化合物層來提高硬度及表面耐磨性,同時對形成的滲硼層的物相、組織形貌及性能分別使用X射線衍射儀(XRD)、金相顯微鏡、掃描電鏡(SEM)、顯微硬度計、摩擦磨損試驗機等設(shè)備檢測分析。主要結(jié)論如下:SLM成型Ti6Al4V的微觀組織為細(xì)針狀α'馬氏體。成型件縱截面的組織形貌呈現(xiàn)出貫穿多個熔覆層呈外延生長的β柱狀晶,而橫截面的組織則呈現(xiàn)出網(wǎng)格狀形貌。Ti6Al4V成型試樣的近表層200μm范圍存在氣孔及未熔合缺陷,成型件內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密,無缺陷存在。SLM成型Ti6Al4V的抗拉強度為1084MPa、屈服強度為997MPa、斷后伸長率為13.2%、橫截面硬度398HV0.2、縱截面硬度402HV0.2。SLM成型件的強度和硬度高于傳統(tǒng)鑄鍛Ti6A14V,拉伸斷口形貌表現(xiàn)出韌性斷裂特征。對增材制造Ti6A14V合金固體滲硼劑的催滲劑進(jìn)行了選擇,試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),KBF4不能作為鈦合金滲硼劑中的催滲劑成分,稀土氧化物CeO2和過渡族金屬氧化物HfO2的催滲效果一般,而ZrO2可以有效的促進(jìn)滲硼作用,La2O3作為催滲劑的催滲效果最好。對增材制造Ti6A14V合金稀土-硼共滲進(jìn)行了實驗研究。通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化了含氧化鑭滲硼劑各組分配比及滲硼工藝,確定了固體滲硼劑各組分的最佳質(zhì)量比為20%B4C+4%La2O3+76%SiC,同時確定了滲硼的最優(yōu)工藝,即滲硼加熱溫度為1050℃、滲硼保溫時間為15h,用該工藝滲硼后的滲層厚度為43μm。物相分析的結(jié)果表明滲層是由TiB和TiB2兩種物相組成。研究了含氧化鑭滲劑下增材制造Ti6Al4V合金滲層的顯微硬度、耐蝕性能以及摩擦磨損性能。滲硼層的顯微硬度最大值為1910HV0.2,是原增材制造Ti6Al4V表面硬度值的5倍左右;滲硼層的摩擦系數(shù)的范圍在0.2~0.25之間,和增材制造Ti6Al4V基體的摩擦系數(shù)相比降低了近兩倍。通過熱力學(xué)原理和動力學(xué)原理,分析了含氧化鑭滲硼情況下TiB2和TiB雙相硼化物的反應(yīng)機理及稀土的催滲機制,結(jié)果表明稀土 La2O3的加入有利于TiB2和TiB相化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行;同時加入稀土 La2O3還可以降低體系反應(yīng)所需的能量,進(jìn)一步促進(jìn)TiB2和TiB的形成。
【圖文】:

示意圖,成型原理,激光熔化,成型技術(shù)


的精準(zhǔn)度熔化指定區(qū)域的粉末。通過上述過程,SLM技術(shù)可以使得層與層之間形成緊逡逑密的冶金結(jié)合,最終層層累積形成所需要的三維實體。逡逑圖1.1所示是SLM技術(shù)成型原理圖。丨?3為激光控制系統(tǒng),主要是控制輸出激光的逡逑能量大小及光斑直徑。4為送粉設(shè)備,5為基板,6為鋪粉設(shè)備,7為粉末回收裝置。SLM逡逑技術(shù)的基本原理[28]如下:使用切片軟件對通過三維設(shè)計軟件畫出的成型零件的三維模型逡逑進(jìn)行分層切片處理,從而得到零件模型每一層的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。在計算機的控制下,利用激逡逑光束選擇件地熔化第一層粉層中與切片處理后得到的數(shù)據(jù)信息相對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)的金屬逡逑粉末,從而成型零件一個水平方向的二維截面。之后下降基板,通過鋪粉系統(tǒng)在基板上逡逑預(yù)置第二層的金屬粉末后,根據(jù)第二層的數(shù)據(jù)信息激光再加丨:出第二層的輪廓,,并如此逡逑反復(fù)上述步驟直至零件實體成型完成。對于某些在高溫下容易與空氣發(fā)生反應(yīng)的金屬粉逡逑末,SLM成型過程中一般需要惰性氣體的保護(hù),以此來避免在高溫金屬下與其它氣體逡逑發(fā)生反應(yīng)。逡逑邐逡逑④I逡逑-邋厶:W鰨潁潁伲蹋幔睿恚鰨潁弧義希?辶x賢跡保毖∏す餿芻尚馱硎疽饌煎義嫌氪車募庸ぜ際蹕啾齲櫻蹋統(tǒng)尚圖際跤滌兄詼嚶諾悖海ǎ保┩ǔ<櫻桑褐圃斐鋈縟素哄義希沖義

本文編號:2614109

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