電子束快速成形是指在真空環(huán)境中利用高能電子束熔化金屬材料,按預(yù)設(shè)路徑逐點(diǎn)逐層堆積形成制件的過程。觀察經(jīng)電子束快速成形工藝制得的Ti-6A1-4V(TC4)薄壁件的顯微組織,發(fā)現(xiàn)制件內(nèi)部存在較多的細(xì)小孔隙缺陷。元素分析結(jié)果表明這些缺陷主要是由高能量密度的電子束作用下A1元素蒸發(fā)導(dǎo)致。除元素蒸發(fā)外,高能量密度的電子束熱源可導(dǎo)致制件嚴(yán)重變形。直接降低電子束能量密度則可能會(huì)導(dǎo)致材料不能完全熔化,造成制件成形精度低及未熔合孔隙缺陷等問題。本工作通過電子束熔絲和熔粉快速成形兩種工藝的數(shù)值分析,提出了提高薄壁制件成形質(zhì)量的改善途徑。針對(duì)電子束熔絲快速成形過程,以TC4薄壁件為研究對(duì)象,考慮材料的固態(tài)相變,構(gòu)建了成形過程的熱力耦合模型。驗(yàn)證結(jié)果表明當(dāng)固態(tài)相變溫度采用變溫XRD確定的850 ℃時(shí)模型能準(zhǔn)確模擬制件的變形和應(yīng)力。當(dāng)掃描電流和速度分別在100～150 mA和0.05～100 mm/s范圍時(shí)制件能較好地成形。單向式和往復(fù)式兩種掃描方式下殘余應(yīng)力分布規(guī)律相同,但前者變形更嚴(yán)重。往復(fù)式掃描下制件變形主要呈收縮狀態(tài),且收縮量隨掃描電流的增大而增大�；谝陨习l(fā)現(xiàn),提出了往復(fù)式掃描方式下動(dòng)態(tài)調(diào)整掃描電流和在基材底面施加恒溫約束兩種方案,均可有效降低制件的變形。在電子束熔粉快速成形的研究中,依據(jù)文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了仿真模型計(jì)算單層TC4熔覆層成形溫度場(chǎng)和預(yù)測(cè)表面形貌的準(zhǔn)確性�；谠撃Ｐ�,確定了 TC4固態(tài)相變對(duì)傳熱模型的影響幾乎可以忽略。模型的參數(shù)分析結(jié)果表明,隨著電子束掃描功率的減小,TC4熔覆層厚度減小,表面形貌越粗糙。隨著粉末相對(duì)密度的增加,粉末熔化所需的電子束功率越大,熔覆層表面形貌越粗糙。適當(dāng)增大不同粉末密度下的掃描功率,即保證粉末完全熔化但不氣化,可明顯改善熔覆層的表面形貌。
【學(xué)位單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG661
【部分圖文】：

子束熔絲快速成形技術(shù)（Ｗｉｒｅ－ｆｅｄ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?Ｂｅａｍ?Ｆｒｅｅｆｏｒｍ?Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ?Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，??簡(jiǎn)稱ＥＢＦ３），該工藝在真空環(huán)境中利用高能電子束熔化金屬絲材，按預(yù)設(shè)成形路??徑逐點(diǎn)逐層堆積形成金屬制件，如圖１＿２所示。相較于熔粉成形，電子束熔絲快??速成形具有高能量利用率和材料利用率的優(yōu)點(diǎn)，但熔絲快速成形中絲材熔化所需??電子束功率更大，聚焦半徑更小，造成更高的能量密度，高能量密度的電子束熱??源會(huì)在制件中形成更大的溫度梯度，造成熱應(yīng)力集中，并導(dǎo)致制件變形開裂。此??夕卜，高能量密度可能會(huì)導(dǎo)致成形過程中材料溫度超過其沸點(diǎn)，造成金屬元素的揮??發(fā)，產(chǎn)生孔隙缺陷。??陰極??．．．．陽極??１．枉．了’??聚焦線圈??偏轉(zhuǎn)線圈??ｎ?ｉｎ??；?儲(chǔ)粉倉??Ｉ?Ｉ．．．??ｉ?；？?金屬粉末??制作平臺(tái)??圖１．１電子束恪粉快速成形原理圖??１??

子束熔絲快速成形技術(shù)（Ｗｉｒｅ－ｆｅｄ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?Ｂｅａｍ?Ｆｒｅｅｆｏｒｍ?Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ?Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，??簡(jiǎn)稱ＥＢＦ３），該工藝在真空環(huán)境中利用高能電子束熔化金屬絲材，按預(yù)設(shè)成形路??徑逐點(diǎn)逐層堆積形成金屬制件，如圖１＿２所示。相較于熔粉成形，電子束熔絲快??速成形具有高能量利用率和材料利用率的優(yōu)點(diǎn)，但熔絲快速成形中絲材熔化所需??電子束功率更大，聚焦半徑更小，造成更高的能量密度，高能量密度的電子束熱??源會(huì)在制件中形成更大的溫度梯度，造成熱應(yīng)力集中，并導(dǎo)致制件變形開裂。此??夕卜，高能量密度可能會(huì)導(dǎo)致成形過程中材料溫度超過其沸點(diǎn)，造成金屬元素的揮??發(fā)，產(chǎn)生孔隙缺陷。??陰極??．．．．陽極??１．枉．了’??聚焦線圈??偏轉(zhuǎn)線圈??ｎ?ｉｎ??；?儲(chǔ)粉倉??Ｉ?Ｉ．．．??ｉ?；？?金屬粉末??制作平臺(tái)??圖１．１電子束恪粉快速成形原理圖??１??

??戈尼力影響下的理論分析結(jié)果一致。從圖１．４?（ｂ）可以看出，熔池后端的流體受??表面來流擠壓，從熔池內(nèi)部流向前端，在熔池表面以下的中心位置，流體向上流??動(dòng)以補(bǔ)償上表面向外流動(dòng)的液體，這也解釋了熔池深度小于熱傳導(dǎo)模型中計(jì)算出??的熔池深度的原因。?＇??溫度（Ｋ）??－ｘ?１?ｘ?ｚ＝－〇．３５?ｍｍ?ｌ?邏??ｎ？?Ｉ?（ｂ－ｌ）?（ｂ－２）??Ｉ：?＝?熱傳導(dǎo)模型?’『曹§??＝２：娜流動(dòng)翻?（ｃ－１）?Ｗ（０－２）１＾??１９３０??１８７０??圖１．３熱傳導(dǎo)模型和熔池傳熱模型溫度場(chǎng)對(duì)比示意圖｜１（）１??溫度（Ｋ）（、??ｍ３?１〇〇??＾?一—．?§??＿?：；氣３�。蓿椋�??；＝；．：ｒｒ?Ｉ?Ｉ?ｍ??２６１０?＇＇?－?Ｔ??士（ｂ）??ｉ?瞧??ａ２４９０?＼?ｍｍ?ｐ．．．氣．?，＂／．??（ｅ??１２２４０?＾?－ｍｔｔｒｍ?＾?？．．．?＾?ｆ??｜；警２１８０?、、?．＇Ｘ?：、??一’?Ｎ??、、、：＇．一，－?ｖ??１９９０?Ｔ?Ｖ?？?Ｉ?＾?±ｍ??＝ｙ」?掃描方向ｆＬ＾＾ｒ??圖１．４熔池流場(chǎng)示意圖ｌｉｅｉ??綜上可發(fā)現(xiàn)ＴＣ４合金表面張力溫度系數(shù)為負(fù)值并且熔池邊緣溫度遠(yuǎn)低于中??心溫度，故熔池表面中心處的表面張力低于邊緣處表面張力，在馬蘭戈尼力的作??４??
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 黃志濤;鎖紅波;楊光;楊帆;董偉;;熱處理工藝對(duì)電子束熔絲成形TC18鈦合金組織性能的影響[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2015年12期

2 鎖紅波;陳哲源;劉建榮;鞏水利;肖建中;;電子束快速成形Ti-6Al-4V合金的組織與性能（英文）[J];稀有金屬材料與工程;2014年04期

3 陳云霞;朱妙鳳;蘆鳳桂;姚舜;;電子束快速成形溫度場(chǎng)模擬[J];焊接學(xué)報(bào);2009年04期

本文編號(hào)：2860667