后续热处理对激光增材制造Ti-Nb合金显微组织与力学性能影响研究
发布时间：2021-07-02 20:34
激光增材制造具有成形材料广泛、复杂零件制备工艺简单、构件性能优良等优点,特别适合生物移植材料个性化制备,因此在生物移植材料领域有着广阔的应用前景。在增材制造过程中的合金相变受到温度、应力等多场耦合作用的影响,相变过程复杂、显微组织形貌多样,对合金成分、激光工艺参数极其敏感。研究工艺参数及其后续热处理对合金显微组织与力学性能的影响是本领域的研究热点。因此,本文以具有较低弹性模量、良好耐蚀和生物相容性的β型Ti-26Nb合金为研究对象,以单质Ti和Nb的混合粉末为原料,采用同轴送粉激光增材技术,制备了Ti-26Nb合金,研究了工艺参数和后续热处理工艺对沉积态Ti-26Nb合金显微组织及力学性能的影响,对沉积态Ti-26Nb合金的显微组织与力学性能的影响,探讨了沉积态Ti-26Nb合金的各向异性及影响因素。主要内容和结果如下:（1）研究了激光工艺参数对沉积态Ti-26Nb合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明,在激光功率750 W,扫描速度480 mm/min和送粉量2.2 g/min的条件下,可制备出性能较为优异的Ti-26Nb合金;沉积态Ti-26Nb合金的显微组织由贯穿多个熔覆层的原...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
生物材料的应用：(a)生物医用金属材料，(b)生物医用高分子材料，(c)生物陶瓷，(d)和生物医用复合材料每一种材料都有自己的优缺点，适合于特定的应用
以及如何有机地结合增材制造的结构设计与成形过程中合金的组织性能。1.4.1 激光增材制造的原理和特点激光增材制造技术主要分为两类：一类是同步送粉，以高能激光为能量源，按照预先设定好的加工路径移动，原料粉末同步供给，送粉的同时熔化粉末，快速凝固并逐层沉积成形，如激光熔化沉积（Laser Melting Deposition, LMD）技术；另一类是预先铺粉，然后高能束的激光按照设定好的路径熔化预先铺放的粉末，随后冷却凝固，再逐层铺粉逐层扫描最终制备得到金属零件，如激光选区熔化（Selective Laser Melting, SLM）技术。近年来，我国增材制造技术飞速发展已经与追赶上世界先进水平的步伐，其中不乏一些技术在该领域内已经达到国际领先的水准，例如高性能复杂大型金属承力构件增材制造。不仅如此，我国目前能够自主设计研发出激光选区烧结、激光近净成形等一系列工艺装备。并且在航空航天、汽车、生物医疗、文化创意等领域里有部分增材制造技术及产品已经得到了初步应用。
第 2 章 实验方法与方案2.1 实验材料2.1.1 Ti-26Nb 混合粉末制备本研究所采用的原料粉末由长沙天久金属材料有限公司提供，利用旋转电极氩气雾化法制备的粒度为 45-105 μm 的球形纯钛（纯度 99.9%）粉末以及粒度为48-75 μm 的纯铌粉（纯度 99.9%）粉末。将两种粉末以 Ti：Nb = 59.5：40.5（即原子比为 74：26）的重量比球磨 1 小时至混合均匀。图 2.1 显示了 Ti 和 Nb 单质粉末和混合粉的形貌。可以明显观察到 Ti 粉末具有规则的球体，并存在卫星球（图 2.1a），而 Nb 粉末具有不规则的形状（图 2.1b）。混合后，Nb 颗粒均匀分布在 Ti 颗粒周围（见图 2.1c）。由于 Nb（2477 °C）的熔点远高于 Ti（1668 °C）的熔点。所以为了促进 Nb 的更好熔化及其在 Ti 基体中的更快扩散，在本工作中使用 Nb 粉末的粒径要小于 Ti 粉末。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光增材制造Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr合金的显微组织演化及力学性能（英文）[J]. 张强,陈静,谭华,林鑫,黄卫东. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(08)
[2]高性能金属构件的激光增材制造[J]. 林鑫,黄卫东. 中国科学:信息科学. 2015(09)
[3]应用于航空领域的金属高性能增材制造技术[J]. 林鑫,黄卫东. 中国材料进展. 2015(09)
[4]热处理态激光立体成形Inconel 718高温合金的组织及力学性能[J]. 宋衎,喻凯,林鑫,陈静,杨海欧,黄卫东. 金属学报. 2015(08)
[5]考虑固态相变的激光熔覆成形应力场有限元分析[J]. 方金祥,董世运,徐滨士,王玉江,何鹏,夏丹,张智慧,任维彬. 中国激光. 2015(05)
[6]医用钛合金的研究及应用现状[J]. 王运锋,何蕾,郭薇. 钛工业进展. 2015(01)
[7]热等静压对激光直接沉积Ti60合金组织与拉伸性能的影响[J]. 蒋帅,李怀学,石志强,王玉岱,黄柏颖,周永强. 红外与激光工程. 2015(01)
[8]TC17钛合金构件激光直接成形固态相变行为及显微组织[J]. 孙晓敏,刘栋,汤海波,王华明. 稀有金属材料与工程. 2013(04)
[9]粉末冶金法合成高强低模超细晶医用钛合金[J]. 李元元,邹黎明,杨超. 华南理工大学学报(自然科学版). 2012(10)
[10]激光快速成形TA15钛合金热处理组织及其力学性能[J]. 席明哲,高士友. 中国激光. 2012(01)
硕士论文
[1]激光快速成形TC4钛合金的组织和力学性能研究[D]. 张霜银.西北工业大学 2006
本文编号：3261180
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
生物材料的应用：(a)生物医用金属材料，(b)生物医用高分子材料，(c)生物陶瓷，(d)和生物医用复合材料每一种材料都有自己的优缺点，适合于特定的应用
以及如何有机地结合增材制造的结构设计与成形过程中合金的组织性能。1.4.1 激光增材制造的原理和特点激光增材制造技术主要分为两类：一类是同步送粉，以高能激光为能量源，按照预先设定好的加工路径移动，原料粉末同步供给，送粉的同时熔化粉末，快速凝固并逐层沉积成形，如激光熔化沉积（Laser Melting Deposition, LMD）技术；另一类是预先铺粉，然后高能束的激光按照设定好的路径熔化预先铺放的粉末，随后冷却凝固，再逐层铺粉逐层扫描最终制备得到金属零件，如激光选区熔化（Selective Laser Melting, SLM）技术。近年来，我国增材制造技术飞速发展已经与追赶上世界先进水平的步伐，其中不乏一些技术在该领域内已经达到国际领先的水准，例如高性能复杂大型金属承力构件增材制造。不仅如此，我国目前能够自主设计研发出激光选区烧结、激光近净成形等一系列工艺装备。并且在航空航天、汽车、生物医疗、文化创意等领域里有部分增材制造技术及产品已经得到了初步应用。
第 2 章 实验方法与方案2.1 实验材料2.1.1 Ti-26Nb 混合粉末制备本研究所采用的原料粉末由长沙天久金属材料有限公司提供，利用旋转电极氩气雾化法制备的粒度为 45-105 μm 的球形纯钛（纯度 99.9%）粉末以及粒度为48-75 μm 的纯铌粉（纯度 99.9%）粉末。将两种粉末以 Ti：Nb = 59.5：40.5（即原子比为 74：26）的重量比球磨 1 小时至混合均匀。图 2.1 显示了 Ti 和 Nb 单质粉末和混合粉的形貌。可以明显观察到 Ti 粉末具有规则的球体，并存在卫星球（图 2.1a），而 Nb 粉末具有不规则的形状（图 2.1b）。混合后，Nb 颗粒均匀分布在 Ti 颗粒周围（见图 2.1c）。由于 Nb（2477 °C）的熔点远高于 Ti（1668 °C）的熔点。所以为了促进 Nb 的更好熔化及其在 Ti 基体中的更快扩散，在本工作中使用 Nb 粉末的粒径要小于 Ti 粉末。
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光增材制造Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr合金的显微组织演化及力学性能（英文）[J]. 张强,陈静,谭华,林鑫,黄卫东. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(08)
[2]高性能金属构件的激光增材制造[J]. 林鑫,黄卫东. 中国科学:信息科学. 2015(09)
[3]应用于航空领域的金属高性能增材制造技术[J]. 林鑫,黄卫东. 中国材料进展. 2015(09)
[4]热处理态激光立体成形Inconel 718高温合金的组织及力学性能[J]. 宋衎,喻凯,林鑫,陈静,杨海欧,黄卫东. 金属学报. 2015(08)
[5]考虑固态相变的激光熔覆成形应力场有限元分析[J]. 方金祥,董世运,徐滨士,王玉江,何鹏,夏丹,张智慧,任维彬. 中国激光. 2015(05)
[6]医用钛合金的研究及应用现状[J]. 王运锋,何蕾,郭薇. 钛工业进展. 2015(01)
[7]热等静压对激光直接沉积Ti60合金组织与拉伸性能的影响[J]. 蒋帅,李怀学,石志强,王玉岱,黄柏颖,周永强. 红外与激光工程. 2015(01)
[8]TC17钛合金构件激光直接成形固态相变行为及显微组织[J]. 孙晓敏,刘栋,汤海波,王华明. 稀有金属材料与工程. 2013(04)
[9]粉末冶金法合成高强低模超细晶医用钛合金[J]. 李元元,邹黎明,杨超. 华南理工大学学报(自然科学版). 2012(10)
[10]激光快速成形TA15钛合金热处理组织及其力学性能[J]. 席明哲,高士友. 中国激光. 2012(01)
硕士论文
[1]激光快速成形TC4钛合金的组织和力学性能研究[D]. 张霜银.西北工业大学 2006
本文编号：3261180
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