热处理工艺对电弧增材制造Ti-6Al-4V合金组织性能的影响
发布时间：2021-07-30 06:03
Ti-6Al-4V作为常用的钛合金之一,被航空航天等领域广泛使用。但是,由于钛合金传统制造技术存在着生产周期较长、材料利用率较低、制造成本相对较高及难以制造复杂结构件等问题,在一定程度上限制了Ti-6Al-4V合金的应用。本文通过低成本和高效率TIG电弧增材制造（TIG WAAM）技术的研究,解决激光增材制造技术（LAM）等成本高和效率低两大技术瓶颈问题,进一步拓宽Ti-6Al-4V合金的应用范围。TIG WAAM是以TIG电弧作为热源,通过逐层堆积,以自下而上的方式将数字化模型直接制造出实体零部件的近净成形技术。本文采用TIG WAAM技术制备了Ti-6Al-4V合金样件,主要研究了不同热处理工艺对TIG WAAM Ti-6Al-4V合金样件组织与性能的影响。采用光学显微镜（OM）,扫描电子显微镜（SEM）和X-射线衍射仪（XRD）对沉积态试样和经不同热处理工艺下样件显微组织、断口形貌及相结构进行了分析;采用电子万能试验机和维氏硬度计测试了样件拉伸性能和硬度分布。试验结果表明,沉积态样件组织由针状马氏体组织、网篮组织及片层状组织构成;热处理态试样的组织均由大量初生α相（含有一定量的马...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钛合金Fig.1.1Typicalmicros
7第2章试验材料及试验方法2.1试验材料试验采用了直径Φ1.2mm的Ti-6Al-4V焊丝及100mm×100mm×20mm的锻造Ti-6Al-4V基板作为试验材料，化学成分如表2.1所示。采用了99.99%Ar作为密封舱体的保护气体，密封舱体的水氧含量≤50ppm。表2.1Ti-6Al-4V化学成分（wt%）Table.2.1ChemicalcompositionofTi-6Al-4V（wt%）成分AlVCFeHNOTi焊丝6.084.150.0120.040.00970.00620.088余量基板6.104.00.080.030.0150.030.20余量2.2WAAM工艺参数TIGWAAM装置由TIG焊枪（钨极直径Φ3.2mm）、Fronius焊机（TrangsTig4000型）、焊丝盘、送丝机、氩气密封舱体、氧分析仪、循环冷却水及KUKA六轴机器人（KR60HA型）等构成，TIGWAAM示意图及试验取样位置如图2.1所示。经过大量试验获得的最佳TIGWAAM工艺参数为焊接电流160A、送丝速度1.4m/min、扫描速度8mm/s、搭接率50%、焊丝与焊枪夹角为40°及层与层停留时间为50s。图2.1TIGWAAM示意图、扫描路径以及样品切取位置Fig.2.1SchematicandscanningstrategyoftheTIGWAAMprocessandextractedlocationofthesample沈阳工业大学硕士学位论文
12第3章退火处理对WAAM成形Ti-6Al-4V组织性能的影响WAAM技术是解决当今AM中生产成本高，生产效率低两大瓶颈问题的有效措施之一。但是WAAM过程中，由于热输入量大导致了成形困难、残余应力大及使用性能较低等特点，往往WAAM制造的零部件需要后续处理提高其综合性能。本章研究了WAAMTi-6Al-4V合金沉积态样件和沉积态样件在950℃/2h/WC（水冷）、950℃/2h/AC（空冷）及950℃/2h/FC（炉冷）热处理条件下不同冷却速度对WAAMTi-6Al-4V合金样件组织和性能的影响。3.1WAAM成形Ti-6Al-4V组织和性能图3.1所示为WAAMTi-6Al-4V合金样件沉积层显微组织，图3.1（a）、图3.1（b）、图3.1（c）所示分别为沉积层底部，中部，上部的显微组织。由图3.1（a）可以看出，沉积层底部的显微组织主要由细针状α’马氏体组织所组成；由图3.1（b）可以看出，沉积层中部的显微组织网篮状组织所构成；由图3.1（c）可以看出，沉积层上部的显微组织由片层状α+β相所组成。AM过程是反复加热和冷却的过程，样件在沉积过程中随着沉积高度的增加经历反复的热循环。造成沉积层底部获得大量马氏体组织的主要原因是由于在沉积层底部增材的过程中温度梯度大，冷却速度快，使得高温下的β相来不及冷却而转化为马氏体组织；沉积层中部获得大量网篮状组织主要是由于在沉积层的中部样件经历反复的热循环，在反复加热和冷却的过程中α相发生相互截断形成网篮状组织；沉积层上部片层状组织形成的原因主要是由于在沉积层上部热量积累增多，冷却速度减慢，高温下存在的β相可以有较长时间的冷却，从而形成片层状组织。a沉积层底部组织图3.1TIGWAAMTi-6Al-4V合金沉积态显微组织Fig.3.1MicrostructureoftheTi-6Al-4VdepositedstatesbyTIGWAAM沈阳工业大学硕士学位论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]CMT+P过程及后热处理对TC4钛合金增材构件组织和性能影响[J]. 勾健,王志江,胡绳荪,田银宝. 焊接学报. 2019(12)
[2]固溶时效处理对激光3D打印TC4合金组织与性能的影响[J]. 王文博,马瑞鑫,井志成,徐国建,唱丽丽,苏允海. 中国激光. 2019(10)
[3]增材制造（3D打印）分类及研究进展[J]. 杨延华. 航空工程进展. 2019(03)
[4]正火温度对激光3D打印钛合金组织及拉伸性能的影响[J]. 马瑞鑫,徐国建,刘占起,高飞,王蔚,苏允海. 中国激光. 2019(07)
[5]热处理工艺对激光熔化沉积TC4钛合金组织性能的影响[J]. 陈志茹,计霞,楚瑞坤,李龙,夏承东,周德敬. 金属热处理. 2018(11)
[6]激光选区熔化成形TC4合金的β转变温度[J]. 杨晶晶,喻寒琛,韩婕,殷杰,王泽敏,曾晓雁. 材料热处理学报. 2016(09)
[7]增材制造技术在航空装备深化应用中的研究[J]. 苏亚东,吴斌,王向明. 航空制造技术. 2016(12)
[8]热处理对激光立体成形TA15合金组织及力学性能的影响[J]. 张小红,林鑫,陈静,黄卫东. 稀有金属材料与工程. 2011(01)
[9]国内外钛合金研究的发展现状及趋势[J]. 赵永庆. 中国材料进展. 2010(05)
[10]热处理对激光立体成形TC4残余应力的影响[J]. 张霜银,林鑫,陈静,黄卫东. 稀有金属材料与工程. 2009(05)
硕士论文
[1]热处理对TC4钛合金组织、性能的影响及残余应力消除方法的研究[D]. 谭玉全.重庆大学 2016
[2]激光增材制造钛合金成分探测与显微组织分析[D]. 谭霆.湖南大学 2014
[3]不同晶粒尺寸TC4钛合金高温变形行为研究[D]. 朱桂双.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3310851
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钛合金Fig.1.1Typicalmicros
7第2章试验材料及试验方法2.1试验材料试验采用了直径Φ1.2mm的Ti-6Al-4V焊丝及100mm×100mm×20mm的锻造Ti-6Al-4V基板作为试验材料，化学成分如表2.1所示。采用了99.99%Ar作为密封舱体的保护气体，密封舱体的水氧含量≤50ppm。表2.1Ti-6Al-4V化学成分（wt%）Table.2.1ChemicalcompositionofTi-6Al-4V（wt%）成分AlVCFeHNOTi焊丝6.084.150.0120.040.00970.00620.088余量基板6.104.00.080.030.0150.030.20余量2.2WAAM工艺参数TIGWAAM装置由TIG焊枪（钨极直径Φ3.2mm）、Fronius焊机（TrangsTig4000型）、焊丝盘、送丝机、氩气密封舱体、氧分析仪、循环冷却水及KUKA六轴机器人（KR60HA型）等构成，TIGWAAM示意图及试验取样位置如图2.1所示。经过大量试验获得的最佳TIGWAAM工艺参数为焊接电流160A、送丝速度1.4m/min、扫描速度8mm/s、搭接率50%、焊丝与焊枪夹角为40°及层与层停留时间为50s。图2.1TIGWAAM示意图、扫描路径以及样品切取位置Fig.2.1SchematicandscanningstrategyoftheTIGWAAMprocessandextractedlocationofthesample沈阳工业大学硕士学位论文
12第3章退火处理对WAAM成形Ti-6Al-4V组织性能的影响WAAM技术是解决当今AM中生产成本高，生产效率低两大瓶颈问题的有效措施之一。但是WAAM过程中，由于热输入量大导致了成形困难、残余应力大及使用性能较低等特点，往往WAAM制造的零部件需要后续处理提高其综合性能。本章研究了WAAMTi-6Al-4V合金沉积态样件和沉积态样件在950℃/2h/WC（水冷）、950℃/2h/AC（空冷）及950℃/2h/FC（炉冷）热处理条件下不同冷却速度对WAAMTi-6Al-4V合金样件组织和性能的影响。3.1WAAM成形Ti-6Al-4V组织和性能图3.1所示为WAAMTi-6Al-4V合金样件沉积层显微组织，图3.1（a）、图3.1（b）、图3.1（c）所示分别为沉积层底部，中部，上部的显微组织。由图3.1（a）可以看出，沉积层底部的显微组织主要由细针状α’马氏体组织所组成；由图3.1（b）可以看出，沉积层中部的显微组织网篮状组织所构成；由图3.1（c）可以看出，沉积层上部的显微组织由片层状α+β相所组成。AM过程是反复加热和冷却的过程，样件在沉积过程中随着沉积高度的增加经历反复的热循环。造成沉积层底部获得大量马氏体组织的主要原因是由于在沉积层底部增材的过程中温度梯度大，冷却速度快，使得高温下的β相来不及冷却而转化为马氏体组织；沉积层中部获得大量网篮状组织主要是由于在沉积层的中部样件经历反复的热循环，在反复加热和冷却的过程中α相发生相互截断形成网篮状组织；沉积层上部片层状组织形成的原因主要是由于在沉积层上部热量积累增多，冷却速度减慢，高温下存在的β相可以有较长时间的冷却，从而形成片层状组织。a沉积层底部组织图3.1TIGWAAMTi-6Al-4V合金沉积态显微组织Fig.3.1MicrostructureoftheTi-6Al-4VdepositedstatesbyTIGWAAM沈阳工业大学硕士学位论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]CMT+P过程及后热处理对TC4钛合金增材构件组织和性能影响[J]. 勾健,王志江,胡绳荪,田银宝. 焊接学报. 2019(12)
[2]固溶时效处理对激光3D打印TC4合金组织与性能的影响[J]. 王文博,马瑞鑫,井志成,徐国建,唱丽丽,苏允海. 中国激光. 2019(10)
[3]增材制造（3D打印）分类及研究进展[J]. 杨延华. 航空工程进展. 2019(03)
[4]正火温度对激光3D打印钛合金组织及拉伸性能的影响[J]. 马瑞鑫,徐国建,刘占起,高飞,王蔚,苏允海. 中国激光. 2019(07)
[5]热处理工艺对激光熔化沉积TC4钛合金组织性能的影响[J]. 陈志茹,计霞,楚瑞坤,李龙,夏承东,周德敬. 金属热处理. 2018(11)
[6]激光选区熔化成形TC4合金的β转变温度[J]. 杨晶晶,喻寒琛,韩婕,殷杰,王泽敏,曾晓雁. 材料热处理学报. 2016(09)
[7]增材制造技术在航空装备深化应用中的研究[J]. 苏亚东,吴斌,王向明. 航空制造技术. 2016(12)
[8]热处理对激光立体成形TA15合金组织及力学性能的影响[J]. 张小红,林鑫,陈静,黄卫东. 稀有金属材料与工程. 2011(01)
[9]国内外钛合金研究的发展现状及趋势[J]. 赵永庆. 中国材料进展. 2010(05)
[10]热处理对激光立体成形TC4残余应力的影响[J]. 张霜银,林鑫,陈静,黄卫东. 稀有金属材料与工程. 2009(05)
硕士论文
[1]热处理对TC4钛合金组织、性能的影响及残余应力消除方法的研究[D]. 谭玉全.重庆大学 2016
[2]激光增材制造钛合金成分探测与显微组织分析[D]. 谭霆.湖南大学 2014
[3]不同晶粒尺寸TC4钛合金高温变形行为研究[D]. 朱桂双.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3310851
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