激光选区熔化成形Ti6Al4V合金微观组织及性能研究
发布时间：2022-01-26 09:14
激光选区熔化（Selective Laser Melting,简称SLM）作为极具前景的增材制造技术之一,利用高能量的激光束,按照预先设定的扫描路径,逐层扫描预先铺覆好的金属粉末,金属粉末经完全熔化、冷却凝固后成形试样。该技术具备可成形任意复杂零件、材料利用率高并且成形周期短等优势。Ti6A14V（TC4）合金是一种α+β两相合金,因密度小、重量轻、比强度高、生物兼容性好、耐腐蚀性强等优良特性而在航空航天、航海及生物医疗等领域具有广泛的应用。采用SLM工艺有望获得组织细密、成分均匀无偏析且性能优异的钛合金零部件。本文以Ti6A14V合金为原材料,探讨了 SLM成形Ti6A14V合金微观组织和性能的各向异性,然后探究了 Nb元素的添加对于Ti6A14V合金成形试样微观组织和性能的影响,最后针对退火温度对于合金成形试样微观组织和性能的影响规律进行了研究。探寻增强试样性能最为有效的成形工艺及退火温度,以此制备具有高塑性高耐蚀的钛合金零部件,加强其在工程中的使用范围和利用率,主要结论如下:（1）研究了不同成形方向对SLM成形Ti6A14V合金的力学性能和耐腐蚀性的影响,各试样表现出明显的各向异...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２两相钛合金的典型麵组织：⑷魏氏组织，（ｂ）双态组织，（〇网篮组织和（ｄ）等??轴组织［丨２］??２??
?山东大学硕士学位论文???心立方晶格结构（ｂｃｃ），称为（３－Ｔｉ［１２］。密排六方ａ－Ｔｉ和体心立方ｐ－Ｔｉ的晶胞??示意图如图１－１所示。??：亂，??０?、、??ａ：??图１－１密排六方（ｈｃｐ）ａ－Ｔｉ和体心立方（ｂｃｃ）ｐ－Ｔｉ的晶体结构閲??钛合金通常分为（Ｘ型、ｐ型和（Ｘ＋Ｐ型三类。ａ型钛合金组织稳定，抗氧??化性、焊接性、耐腐蚀性和切削加工性均较好，而室温冲压性、塑性差。Ｐ??型钛合金可进行热处理强化，强度较高，焊接性、压力加工性良好，但性能??不够稳定，熔炼工艺复杂。（ｘ＋Ｐ型钛合金，又称双相钛合金，具有优秀的综??合力学性能，多数可以进行热处理强化，室温强度高，热稳定性突出，典型??的?ａ＋（３?合金包括?ＴＣＩ、ＴＣ２、ＴＣ３、ＴＣ４?等。??钛合金的微观组织主要受到合金本身化学成分、热处理工艺及变形工艺??的影响，同时组织结构形态对性能起决定性作用，典型的两相钛合金组织主??要分为四类：魏氏组织、双态组织、网篮组织和等轴组织，如图１－２所示。??不同组织对应的性能存在一定差别，相应的性能指标如表１－１所示。??＿＿??＿＿??图１－２两相钛合金的典型麵组织：⑷魏氏组织，（ｂ）双态组织，（〇网篮组织和（ｄ）等??轴组织［丨２］??２??
３?－??网篮组织?１３．５?１０１０?５３３?－??等轴组织?１６．?５?９６１?４７３．?８?５８＾９???１．３激光选区熔化技术??１．３．１基本原理??激光选区熔化技术是一种新兴的快速成形技术，首先利用三维软件构建??欲成形的三维模型，然后对模型进行切片和分层处理以获得二维截面的轮廓??数据。高能激光束根据模型中规划好的路径对金属粉末逐层熔化，扫描后的??金属粉末经完全熔化、冷却凝固，最后成形为形状各异的金属零件。??激光选区熔化的原理示意图如图１－３所示。在高能激光逐层扫描之前，??首先需要调平基板与工作平台，使两者处于同一水平位置，然后将送粉缸上??升至略高于铺粉辊底面的位置，利用铺粉辊在基板上平摊一层均匀的合金粉??末，再利用高能激光束根据模型中规划好的路径对粉末进行选择性熔化，每??层成形结束后，基板将会下降一个切片尺寸，重复上述操作，逐层处理，直??至获得三维模型所设计的零件。整个加工成形过程在通有氩气的加工室中进??行，以防止金属在高温加工环境下与其他气体发生化学反应。??■?〇?Ｌｏｗｅｒｉｎｇ??ｏｆ?ｔｈｅ?ｂｕｉｌｄ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??ｌ?＿??＼?〇?Ｒｅｃｏａｔｉｎｇ??１?ｔｈｅｐｏｗ？Ｊ？ｒ??＼〇??Ｒｅｃｏａｔｅｒ????石彳．允篆．．一?—＼??Ｌａｓｅｆ?ｂｅａｍ??Ｗｉｐｅｒ－ｂｌａｄｅ??——＿ｒ￣?ｈ??＿議：—麗ｓ??ｐｌａｔｅ??图１－３激光选区熔化原理示意图??１．３．２技术特点??激光选区熔化技术是一种可以制造复杂形状金属部件的高新技术，突破??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]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)
[3]钛合金粉末的选择性激光熔化表面质量研究[J]. 代文豪,杨立军,党新安. 热加工工艺. 2016(18)
[4]Microstructure characterization and tensile properties of a Ni-containing TiAl-based alloy with heat treatment[J]. Jian-Chao Han,Shu-Long Xiao,Jing Tian,Yu-Yong Chen,Li-Juan Xu,Xiao-Peng Wang,Yi Jia,Shou-Zhen Cao. Rare Metals. 2016(01)
[5]金属零件3D打印技术现状及研究进展[J]. 杨永强,刘洋,宋长辉. 机电工程技术. 2013(04)
[6]不同氟浓度的人工唾液对口腔常用金属腐蚀性的研究[J]. 程玮,汲平,林雪芬,杨柳,冯丹丹,徐俊萍. 口腔颌面修复学杂志. 2011(01)
[7]TC1和TC4钛合金腐蚀加工溶解行为研究[J]. 林翠,胡舸,梁静,赵晴,杜楠,王力强. 航空材料学报. 2010(06)
[8]应力应变对马氏体相变动力学及相变塑性影响的研究[J]. 刘春成,姚可夫,高国峰,刘庄. 金属学报. 1999(11)
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
本文编号：3610230
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２两相钛合金的典型麵组织：⑷魏氏组织，（ｂ）双态组织，（〇网篮组织和（ｄ）等??轴组织［丨２］??２??
?山东大学硕士学位论文???心立方晶格结构（ｂｃｃ），称为（３－Ｔｉ［１２］。密排六方ａ－Ｔｉ和体心立方ｐ－Ｔｉ的晶胞??示意图如图１－１所示。??：亂，??０?、、??ａ：??图１－１密排六方（ｈｃｐ）ａ－Ｔｉ和体心立方（ｂｃｃ）ｐ－Ｔｉ的晶体结构閲??钛合金通常分为（Ｘ型、ｐ型和（Ｘ＋Ｐ型三类。ａ型钛合金组织稳定，抗氧??化性、焊接性、耐腐蚀性和切削加工性均较好，而室温冲压性、塑性差。Ｐ??型钛合金可进行热处理强化，强度较高，焊接性、压力加工性良好，但性能??不够稳定，熔炼工艺复杂。（ｘ＋Ｐ型钛合金，又称双相钛合金，具有优秀的综??合力学性能，多数可以进行热处理强化，室温强度高，热稳定性突出，典型??的?ａ＋（３?合金包括?ＴＣＩ、ＴＣ２、ＴＣ３、ＴＣ４?等。??钛合金的微观组织主要受到合金本身化学成分、热处理工艺及变形工艺??的影响，同时组织结构形态对性能起决定性作用，典型的两相钛合金组织主??要分为四类：魏氏组织、双态组织、网篮组织和等轴组织，如图１－２所示。??不同组织对应的性能存在一定差别，相应的性能指标如表１－１所示。??＿＿??＿＿??图１－２两相钛合金的典型麵组织：⑷魏氏组织，（ｂ）双态组织，（〇网篮组织和（ｄ）等??轴组织［丨２］??２??
３?－??网篮组织?１３．５?１０１０?５３３?－??等轴组织?１６．?５?９６１?４７３．?８?５８＾９???１．３激光选区熔化技术??１．３．１基本原理??激光选区熔化技术是一种新兴的快速成形技术，首先利用三维软件构建??欲成形的三维模型，然后对模型进行切片和分层处理以获得二维截面的轮廓??数据。高能激光束根据模型中规划好的路径对金属粉末逐层熔化，扫描后的??金属粉末经完全熔化、冷却凝固，最后成形为形状各异的金属零件。??激光选区熔化的原理示意图如图１－３所示。在高能激光逐层扫描之前，??首先需要调平基板与工作平台，使两者处于同一水平位置，然后将送粉缸上??升至略高于铺粉辊底面的位置，利用铺粉辊在基板上平摊一层均匀的合金粉??末，再利用高能激光束根据模型中规划好的路径对粉末进行选择性熔化，每??层成形结束后，基板将会下降一个切片尺寸，重复上述操作，逐层处理，直??至获得三维模型所设计的零件。整个加工成形过程在通有氩气的加工室中进??行，以防止金属在高温加工环境下与其他气体发生化学反应。??■?〇?Ｌｏｗｅｒｉｎｇ??ｏｆ?ｔｈｅ?ｂｕｉｌｄ?ｐｌａｔｆｏｒｍ??ｌ?＿??＼?〇?Ｒｅｃｏａｔｉｎｇ??１?ｔｈｅｐｏｗ？Ｊ？ｒ??＼〇??Ｒｅｃｏａｔｅｒ????石彳．允篆．．一?—＼??Ｌａｓｅｆ?ｂｅａｍ??Ｗｉｐｅｒ－ｂｌａｄｅ??——＿ｒ￣?ｈ??＿議：—麗ｓ??ｐｌａｔｅ??图１－３激光选区熔化原理示意图??１．３．２技术特点??激光选区熔化技术是一种可以制造复杂形状金属部件的高新技术，突破??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]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)
[3]钛合金粉末的选择性激光熔化表面质量研究[J]. 代文豪,杨立军,党新安. 热加工工艺. 2016(18)
[4]Microstructure characterization and tensile properties of a Ni-containing TiAl-based alloy with heat treatment[J]. Jian-Chao Han,Shu-Long Xiao,Jing Tian,Yu-Yong Chen,Li-Juan Xu,Xiao-Peng Wang,Yi Jia,Shou-Zhen Cao. Rare Metals. 2016(01)
[5]金属零件3D打印技术现状及研究进展[J]. 杨永强,刘洋,宋长辉. 机电工程技术. 2013(04)
[6]不同氟浓度的人工唾液对口腔常用金属腐蚀性的研究[J]. 程玮,汲平,林雪芬,杨柳,冯丹丹,徐俊萍. 口腔颌面修复学杂志. 2011(01)
[7]TC1和TC4钛合金腐蚀加工溶解行为研究[J]. 林翠,胡舸,梁静,赵晴,杜楠,王力强. 航空材料学报. 2010(06)
[8]应力应变对马氏体相变动力学及相变塑性影响的研究[J]. 刘春成,姚可夫,高国峰,刘庄. 金属学报. 1999(11)
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
本文编号：3610230
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