激光熔覆TiB颗粒增强钛合金的数值模拟与实验研究
发布时间：2021-04-02 02:25
钛合金（TC4）因其优越的比强度、抗腐蚀性能以及抗氧化性能,广泛应用于航空航天、机械化工以及医疗卫生领域,但是钛合金表面硬度低、耐磨性差,降低了钛合金的应用价值。为了解决钛合金硬度低、耐磨性差的问题,本文采用激光熔覆的方法制备了钛合金增强复合涂层,通过有限元软件FLUENT分析激光熔覆熔池温度场和熔体流动,同时利用激光熔覆实验在钛合金表面成功制备了Ti/TiB的复合涂层,并观察熔覆层的宏观形貌,分析其微观组织,测试涂层硬度和摩擦磨损性能,主要结论如下:（1）分析了激光熔覆熔池温度场典型特征和不同工艺参数下的温度变化情况,讨论了熔池的冷却速度。结果表明:激光熔覆形成的温度场呈椭圆分布,符合连续激光加工的特征。熔池的温度随着激光功率的增大而升高,随着扫描速度的增加而降低。相对于激光功率而言,扫描速度变化对温度的影响不如激光功率明显。激光功率不变,增大扫描速度,熔池冷却速度增大;随着熔池深度增加,冷却速度和温度梯度均增大。（2）研究了激光熔覆的流场特征,讨论了激光工艺参数对流速变化的影响。结果表明:Marangoni流影响下,熔池表面的熔体流向为径向向外,形成两个方向相反的涡流,并在表面引发...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Gauss热源热流分布图
钛合金是在钛的基础加入其它元素的合金，化学成分见表 2.1。钛合金有同素异形体，在 882℃以下为密排六方的 α 钛，在 882℃以上为体心立方。本实验激光熔覆所用的基体材料为钛合金 TC4，(Ti-6Al-4V)，实验所用的尺寸为 50 mm×50 mm×3 mm，将用线切割机切割成实验所需的试样，分别不同 180、360#的 SiC 砂纸打磨去除钛合金表面的氧化皮，并用 1000、15 SiC 砂纸使得试样表面光滑平整，再用酒精擦拭待加工表面，并吹干表面表 2.1 TC4(Ti-6Al-4V)合金的化学成分(质量百分比)Table 2.1 The chemical composition of Ti-6Al-4V (TC4) alloy(wt.%)Al V Fe C Si O Others T.5~6.8 3.6~4.5 ≤0.30 ≤0.10 ≤0.15 ≤0.20 ≤0.40 B.3.2 熔覆材料本次实验所采用的熔覆材料为 Ti 粉和 TiB 粉末，Ti 粉的纯度为 99.99%为 75-150 μm，TiB 粉纯度为 99.99%，尺寸为 75-150 μm。图 2.2 为 TiB 粉
激光熔覆的实验设备为江苏科技大学所提供的 YLS 光纤系列激光器，该激光器的最大输出功率为 4000 W，波长为 1.06 μm，光纤直径为 800 μm，实验过程采用氩气保护系统和计算机辅助控制程序，该激光器的设备装置如图2.3所示。图 2.3 激光熔覆实验装置图：(a) KUKA 机器人；(b) IPG 4 kW 光纤激光器Fig. 2.3 Experiment device of laser cladding: (a) KUKA robot; (b) IPG 4 kW fiber laser2.3.4 X 射线衍射分析采用 D8 ADVANCE X 射线衍射仪分析熔覆层的物相，设备的参数如下：X射线选用 Cu 靶，该射线管的工作电压为 35 KV，加速电压为 40 KV，该仪器如
本文编号：3114415
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Gauss热源热流分布图
钛合金是在钛的基础加入其它元素的合金，化学成分见表 2.1。钛合金有同素异形体，在 882℃以下为密排六方的 α 钛，在 882℃以上为体心立方。本实验激光熔覆所用的基体材料为钛合金 TC4，(Ti-6Al-4V)，实验所用的尺寸为 50 mm×50 mm×3 mm，将用线切割机切割成实验所需的试样，分别不同 180、360#的 SiC 砂纸打磨去除钛合金表面的氧化皮，并用 1000、15 SiC 砂纸使得试样表面光滑平整，再用酒精擦拭待加工表面，并吹干表面表 2.1 TC4(Ti-6Al-4V)合金的化学成分(质量百分比)Table 2.1 The chemical composition of Ti-6Al-4V (TC4) alloy(wt.%)Al V Fe C Si O Others T.5~6.8 3.6~4.5 ≤0.30 ≤0.10 ≤0.15 ≤0.20 ≤0.40 B.3.2 熔覆材料本次实验所采用的熔覆材料为 Ti 粉和 TiB 粉末，Ti 粉的纯度为 99.99%为 75-150 μm，TiB 粉纯度为 99.99%，尺寸为 75-150 μm。图 2.2 为 TiB 粉
激光熔覆的实验设备为江苏科技大学所提供的 YLS 光纤系列激光器，该激光器的最大输出功率为 4000 W，波长为 1.06 μm，光纤直径为 800 μm，实验过程采用氩气保护系统和计算机辅助控制程序，该激光器的设备装置如图2.3所示。图 2.3 激光熔覆实验装置图：(a) KUKA 机器人；(b) IPG 4 kW 光纤激光器Fig. 2.3 Experiment device of laser cladding: (a) KUKA robot; (b) IPG 4 kW fiber laser2.3.4 X 射线衍射分析采用 D8 ADVANCE X 射线衍射仪分析熔覆层的物相，设备的参数如下：X射线选用 Cu 靶，该射线管的工作电压为 35 KV，加速电压为 40 KV，该仪器如
本文编号：3114415
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