超声振动辅助激光熔覆及锻打技术研究

发布时间：2020-10-30 00:21

　　 TC4钛合金,集许多优异的性能于一体,是航空航天领域常用且重要的材料,如:发动机叶片。3D打印是一种新型的叶片制造技术,适合复杂难加工材料,具有周期短、精度高等优点,但其成型件存在强度不足,表面不够精细,内部应力复杂等问题。本文针对3D打印所存在的问题以及钛合金本身易磨损、易氧化等缺点,通过类似于3D打印技术的激光熔覆技术,分别在TC4钛合金表面制备TC4粉末和耐磨耐氧化的Ni60WC25合金粉末熔覆层,并研究了工艺参数对熔覆层质量的影响。为改善熔覆层表面不平整、多裂纹气孔等问题,设计并搭建了超声振动辅助锻打装置,在此装置下进行了普通锻打与超声振动辅助锻打TC4熔覆层的实验研究,分析了这两种锻打方式对TC4熔覆层微观组织的影响规律,并研究了超声振幅和锻打力对TC4钛合金在两相区塑性变形时的微观组织变化的影响。为优化TC4的使用性能提供了新思路。实验中,采用了金相显微镜、SEM、EDS、洛氏硬度计对TC4熔覆层的表面形貌、微观组织、成分分布和表面硬度做了测试,主要完成的工作和得出的结论如下:(1)设计并搭建了超声振动辅助锻打装置。采用不完全齿轮机构传动,来达到超声振动辅助锻打和普通低频锻打同时作用的复合锻打的目的。(2)利用激光熔覆技术,成功在TC4钛合金表面制备了组织细小、无气孔、无裂纹,与基体冶金结合良好的熔覆层,并找到了在TC4表面激光熔覆TC4粉末和Ni60WC25粉末的较好工艺参数。(3)TC4钛合金经在(α+β)两相区普通锻打塑性变形后,由原来的魏氏组织向网篮组织或双态组织或等轴组织转变。若要转变为等轴组织,则需要达到一定的变形程度。超声振动辅助锻打与普通锻打相比,可以减少TC4塑性变形的成形力,使TC4晶粒变得细小,趋向于等轴化。(4)超声振动辅助塑性成形时,应力叠加效应和软化效应使得TC4内部塑性变形时的应力减小,超声振幅和锻打力的增大都有利于TC4组织的晶粒细化,形成性能优于魏氏组织的网篮或双态组织。超声振幅的增大使得TC4塑性变形的应力下降,且下降量与超声振幅成正比。锻打力的增大可以引起动态回复再结晶作用的增强,引起粗大晶界处的新小晶粒的产生,加剧了位错的运动,有助于粗大的α晶粒细化。
【学位单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG665
【部分图文】：

ssup sofσ = σ Δσ Δσ (2-1)式中：sσ —材料屈服应力；supσ 应力叠加效应引起的应力下降量，sofΔ σ为软化效应导致的材料应力下降量。金属塑性变形的过程中，本论文建立了振动的粘弹塑性变形模型。如图 2-1 所示。在粘弹部分采用了 Kelvin 模型，而粘塑性部分将 Kelvin 模型的弹性部分换成塑性部分。

产生的应力与 F 方向相同，故可以加快粒子生。超声波产生的应力场同样可以促进附近晶界的旋转速度越大。明，超声波在晶体材料中传播时能促进位错运动。本文[54]（图 2-2），假设材料中某一位错钉扎在点缺陷处、（图 2-2A），并且成线性排列。位错环长度nL （点缺以，当位错环上有外力形成的应力作用时，位错环L随着外部应力的增大，超过此处位错运动所需的能量阀错环pL 将会脱离钉扎点，pL 将瞬时增大到nL （图 2-2C持续增大时，由位错运动引起的应变将会明显增大，则增大，就会形成新的 Frank-Read 位错源（图 2-2F 和 G

50.3 Al 77.4 V 117 N Fe O 表 3-5 Ni60WC25 粉末的化学成分(wt%)Tab.3-5 the composition of Ni60WC25(wt%)i Cr Fe C B Si l 16.75 4.43 0.60 3.18 4.3 的确定熔覆实验所采用的激光器为 RH-2000 的光纤激光器，且近的车床上，并靠丝杠控制激光头的位置，从而控制激下图 3-1 所示：
【参考文献】

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本文编号：2861684