3D打印与传统加工TC4钛合金组织与力学性能对比研究
发布时间：2021-08-01 15:14
分别采用激光快速成型（3D打印）技术、锻造和铸造方法制备了TC4钛合金试样。通过光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪以及力学性能测试设备分别分析了不同制备方式成型样品的微观组织和力学性能变化规律。结果表明,3D打印成型的钛合金组织和性能有明显的取向性。3D打印横向样品抗拉强度和延伸率分别为1007 MPa和9.30%,纵向抗拉强度和延伸率分别为950 MPa和15.28%;锻造样品抗拉强度和断后延伸率分别为877 MPa和18.00%;铸造样品的抗拉强度和延伸率分别为836 MPa和3.92%。不同成型方式样品力学性能的差异来自于其形成的不同微观组织和晶粒大小。3D打印TC4钛合金样品会在其成型快速冷却过程中形成网篮组织,且晶粒非常细小,约为2～3 μm。锻造样品成型时形成等轴组织,晶粒尺寸约为10 μum,且微观组织比3D打印和铸态合金更加均匀,因而具有更高的延伸率。铸造样品中形成魏氏组织,晶粒尺寸达到20～25 μm,组织分布亦不均匀,因而,其具有更低的力学性能指标。利用ABAQUS软件模拟了以上3种不同工艺制备的零件冲击（自由落体与地面撞击）工况条件下的力学反应情况。研究表明,其中...
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
图１－１钛合金的锻造工艺示意图??
的温度与Ｐ转变温度的关系划分的。近些年出现了很多新的锻造工艺：（１）锻造??温度位于ａ＋ｐ两相区上部的近Ｐ锻造工艺；（２）锻造温度位于Ｐ区的准Ｐ锻造工艺。??这些锻造工艺的示意图见图１－１。??温度／ｉｆ??ｐ锻造?眍??准ｐ锻造——＂Ｖ＾＾??近Ｐ锻造——转变点??常规锻造?＼??Ｎ．??ａ区?Ｘ?ａ＋ｐ?区、??Ｐ稳定元素含跫??图１－１钛合金的锻造工艺示意图??１．２．１?ａ＋ｐ锻造工艺??钛合金的ａ＋ｐ锻造通常是指在Ｐ转变温度以下３０￣?１００°Ｃ的ａ＋Ｐ两相区域内的??变形，也被称为常规锻造。在此工艺过程中，初级ａ相与Ｐ相同时发生变形，产生??典型的等轴ａ结构，见图卜２。ａ相的含量多少及形貌特征受合金组成成分、变形??时的温度及变形大小等因素影响。图１－２为ｃｔ＋ｐ锻造时组织形成规律示意图。锻??造过程中，样品受到压力产生塑性形变，微观组织里原始Ｐ晶粒慢慢破裂变形，??在样品宏观变形方向上伸长，片状ａ相在同样方向上发生拉伸变形，当变形量超??４??
钛具有ａ相和ｐ相的同素异构转变。ａ－Ｔｉ是低于８８２．５°Ｃ时密排六方的晶体结??构，｜３－Ｔｉ是高于８８２．５°Ｃ时体心立方的晶体结构。密排六方（ｈｅｐ）的ａ－Ｔｉ晶体结构??和体心立方结构（ｂｅｅ）的ｐ－Ｔｉ晶体结构如图１－４所示［３１］。??Ａ＃?＿??ａ％?ａ＇，Ｚ??图ｃｔ－Ｔｉ和ｐ－Ｔｉ晶体结构图??密排六方结构ａ－Ｔｉ的一个晶胞内有两个原子，分别位于坐标位置（０，?０，?０）??和（２／３，?１／３，１／２）处。晶格常数用ａ和ｃ表示，ａ代表六角形底面的边长，ｃ??代表六棱柱体的高度。ａ－Ｔｉ的晶格常数ａ、ｃ分别为０．２９５１１?ｎｍ和０．４６８４３?ｎｍ，??ｃ／ａ＝１．５８７，要小于理想的密排六方结构（ｃ／ａ＝１．６３３）。??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印TC4钛合金的成形工艺与热处理行为研究[J]. 胡婧,陶梅平,唐金颖. 热加工工艺. 2017(16)
[2]铸造态钛合金力学性能及抗弹性能研究[J]. 余东辉,范群波,王富耻,夏雨萌,穆啸楠. 稀有金属材料与工程. 2017(08)
[3]工匠精神传千古 云纹铜禁铸辉煌[J]. 林晓平,牛爱红. 文物天地. 2017(07)
[4]高性能钛合金激光增材制造技术的研究进展[J]. 梁朝阳,张安峰,梁少端,王潭,严深平,张连重,李青宇. 应用激光. 2017(03)
[5]钛合金在航空航天领域中的应用探讨[J]. 何丹琪,石颢. 中国高新技术企业. 2016(27)
[6]3D打印技术与传统铸造工艺对制造牙科钴铬合金烤瓷牙内胆的性能比较与研究[J]. 张冬云,高志鹏,董冬冬,刘臻,周岩. 电加工与模具. 2015(06)
[7]3D打印技术在金属成形领域的应用和展望[J]. 谭丽斌,余心宏. 精密成形工程. 2015(06)
[8]航空用钛合金研究进展[J]. 金和喜,魏克湘,李建明,周建宇,彭文静. 中国有色金属学报. 2015(02)
[9]钛合金铸造技术现状及发展趋势[J]. 高婷,赵亮,马保飞,张恩平. 热加工工艺. 2014(21)
[10]采用φ600mm铸锭锻造的大规格TC4棒材的组织和性能[J]. 朱宝辉,胡晓晨,薛长荣,范存莹,刘彦昌,沈立华,马超,陈睿博. 热加工工艺. 2014(13)
硕士论文
[1]3D打印两相钛合金组织特征及缺陷研究[D]. 文艺.南昌航空大学 2016
[2]卧式挤压铸造设备关键技术的研究[D]. 廖绪钦.华南理工大学 2012
本文编号：3315758
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
图１－１钛合金的锻造工艺示意图??
的温度与Ｐ转变温度的关系划分的。近些年出现了很多新的锻造工艺：（１）锻造??温度位于ａ＋ｐ两相区上部的近Ｐ锻造工艺；（２）锻造温度位于Ｐ区的准Ｐ锻造工艺。??这些锻造工艺的示意图见图１－１。??温度／ｉｆ??ｐ锻造?眍??准ｐ锻造——＂Ｖ＾＾??近Ｐ锻造——转变点??常规锻造?＼??Ｎ．??ａ区?Ｘ?ａ＋ｐ?区、??Ｐ稳定元素含跫??图１－１钛合金的锻造工艺示意图??１．２．１?ａ＋ｐ锻造工艺??钛合金的ａ＋ｐ锻造通常是指在Ｐ转变温度以下３０￣?１００°Ｃ的ａ＋Ｐ两相区域内的??变形，也被称为常规锻造。在此工艺过程中，初级ａ相与Ｐ相同时发生变形，产生??典型的等轴ａ结构，见图卜２。ａ相的含量多少及形貌特征受合金组成成分、变形??时的温度及变形大小等因素影响。图１－２为ｃｔ＋ｐ锻造时组织形成规律示意图。锻??造过程中，样品受到压力产生塑性形变，微观组织里原始Ｐ晶粒慢慢破裂变形，??在样品宏观变形方向上伸长，片状ａ相在同样方向上发生拉伸变形，当变形量超??４??
钛具有ａ相和ｐ相的同素异构转变。ａ－Ｔｉ是低于８８２．５°Ｃ时密排六方的晶体结??构，｜３－Ｔｉ是高于８８２．５°Ｃ时体心立方的晶体结构。密排六方（ｈｅｐ）的ａ－Ｔｉ晶体结构??和体心立方结构（ｂｅｅ）的ｐ－Ｔｉ晶体结构如图１－４所示［３１］。??Ａ＃?＿??ａ％?ａ＇，Ｚ??图ｃｔ－Ｔｉ和ｐ－Ｔｉ晶体结构图??密排六方结构ａ－Ｔｉ的一个晶胞内有两个原子，分别位于坐标位置（０，?０，?０）??和（２／３，?１／３，１／２）处。晶格常数用ａ和ｃ表示，ａ代表六角形底面的边长，ｃ??代表六棱柱体的高度。ａ－Ｔｉ的晶格常数ａ、ｃ分别为０．２９５１１?ｎｍ和０．４６８４３?ｎｍ，??ｃ／ａ＝１．５８７，要小于理想的密排六方结构（ｃ／ａ＝１．６３３）。??１２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印TC4钛合金的成形工艺与热处理行为研究[J]. 胡婧,陶梅平,唐金颖. 热加工工艺. 2017(16)
[2]铸造态钛合金力学性能及抗弹性能研究[J]. 余东辉,范群波,王富耻,夏雨萌,穆啸楠. 稀有金属材料与工程. 2017(08)
[3]工匠精神传千古 云纹铜禁铸辉煌[J]. 林晓平,牛爱红. 文物天地. 2017(07)
[4]高性能钛合金激光增材制造技术的研究进展[J]. 梁朝阳,张安峰,梁少端,王潭,严深平,张连重,李青宇. 应用激光. 2017(03)
[5]钛合金在航空航天领域中的应用探讨[J]. 何丹琪,石颢. 中国高新技术企业. 2016(27)
[6]3D打印技术与传统铸造工艺对制造牙科钴铬合金烤瓷牙内胆的性能比较与研究[J]. 张冬云,高志鹏,董冬冬,刘臻,周岩. 电加工与模具. 2015(06)
[7]3D打印技术在金属成形领域的应用和展望[J]. 谭丽斌,余心宏. 精密成形工程. 2015(06)
[8]航空用钛合金研究进展[J]. 金和喜,魏克湘,李建明,周建宇,彭文静. 中国有色金属学报. 2015(02)
[9]钛合金铸造技术现状及发展趋势[J]. 高婷,赵亮,马保飞,张恩平. 热加工工艺. 2014(21)
[10]采用φ600mm铸锭锻造的大规格TC4棒材的组织和性能[J]. 朱宝辉,胡晓晨,薛长荣,范存莹,刘彦昌,沈立华,马超,陈睿博. 热加工工艺. 2014(13)
硕士论文
[1]3D打印两相钛合金组织特征及缺陷研究[D]. 文艺.南昌航空大学 2016
[2]卧式挤压铸造设备关键技术的研究[D]. 廖绪钦.华南理工大学 2012
本文编号：3315758
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