超声微锻造辅助增材TC4钛合金的组织演变与工艺优化
发布时间：2022-06-28 09:18
钛合金凭借其密度低、比强度高等优点被广泛应用于航空航天等领域,而其传统制造技术存在加工效率低、成本高等问题。金属增材制造（AM）技术通过材料逐渐累加的方法可快速、精确地制造出高性能零件,特别适合制造航空航天所需难加工的复杂零部件,在缩短制造周期等方面具有巨大优势。然而增材件存在组织不均匀与综合力学性能不足是等难题,严重限制了金属增材件的广泛应用。本文采用超声微锻工艺辅助激光增材制造TC4钛合金,在增材制造过程中对增材件表面进行高频锻造并滚压,以达到细化晶粒,减少缺陷,降低残余应力和改善性能的目的。通过OM,SEM,TEM等材料学分析方法研究了不同工艺参数对TC4合金宏观成形质量、微观组织和硬度的影响,建立了工艺参数-宏观形貌-显微组织-硬度关系。重点研究了超声微锻造耦合作用下沉积层组织演变规律及界面调控机理,揭示了多物理场耦合作用下缺陷愈合机理及等轴晶调控机制。研究成果对生产高性能TC4合金增材制造零不见具有积极地指导意义。主要研究结果如下:（1）通过激光工艺参数与宏观成型质量之间的关系,建立了组合工艺参数与宏观形貌儿何参数的数学模型y=a*PαVβFγ+b。根据接触角θ和稀释率η作为...
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 激光金属沉积技术与钛合金概述
1.2.1 激光金属沉积技术概述
1.2.2 钛合金概述
1.3 国内外研究现状
1.3.1 激光金属沉积钛合金研究现状
1.3.2 复合增材制造技术研究现状
1.3.3 超声微锻造技术研究现状
1.3.4 超声微锻造辅助增材钛合金研究现状
1.4 本文的主要研究内容
第2章 试验条件及方法
2.1 试验技术路线
2.2 试验材料
2.3 试验设备
2.3.1 送粉式激光增材设备
2.3.2 送丝式激光增材设备
2.4 超声微锻造辅助激光熔丝过程
2.5 组织观察
2.6 硬度测试
第3章 工艺参数对激光增材TC4宏观成型质量的影响
3.1 送粉式激光增材TC4
3.1.1 工艺参数对沉积层宽度、高度的影响规律
3.1.2 工艺参数对沉积层接触角的影响规律
3.1.3 工艺参数对沉积层稀释率的影响规律
3.2 送丝式激光增材TC4
3.2.1 激光工艺参数的确定
3.2.2 横向搭接率的选择
3.2.3 纵向搭接率的选择
3.3 本章小结
第4章 超声微锻造参数对激光熔丝单层TC4的影响
4.1 宏观尺寸
4.2 表面粗糙度
4.3 显微组织
4.4 显微硬度
4.5 本章小结
第5章 超声微锻造对激光熔丝多层TC4显微组织及硬度的影响
5.1 显微组织及硬度演变规律
5.2 柱状晶向等轴晶转变机理
5.3 界面调控规律
5.4 缺陷愈合机理
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Z轴提升量对激光熔覆成形件组织与力学性能的影响[J]. 辛博,周显新,巩亚东,张海权,李天鸿. 中国激光. 2019(11)
[2]复合增材制造技术研究进展[J]. 杨智帆,张永康. 电加工与模具. 2019(02)
[3]微锻造激光熔覆沉积高性能TC4组织与各向异性[J]. 张金智,张安峰,王宏,张晓星,王豫跃. 中国激光. 2019(04)
[4]改善金属增材制造材料组织与力学性能的方法与技术[J]. 袁丁,高华兵,孙小婧,周长平,孙徕博,陈玉娟,果春焕,牛忠毅,姜风春. 航空制造技术. 2018(10)
[5]激光熔覆成形薄壁件离焦量和Z轴提升量选择方法[J]. 徐海岩,李涛,李海波,王鑫林,张洪潮. 大连理工大学学报. 2017(06)
[6]Influence of α/β interface phase on the tensile properties of laser cladding deposited Ti–6Al–4V titanium alloy[J]. Zhuang Zhao,Jing Chen,Shuai Guo,Hua Tan,Xin Lin,Weidong Huang. Journal of Materials Science ＆ Technology. 2017(07)
[7]金属激光直接成形最佳搭接率计算及试验验证[J]. 来佑彬,张本华,赵吉宾,刘伟军,赵宇辉. 焊接学报. 2016(12)
[8]激光增材制造技术的研究现状及发展趋势[J]. 杨强,鲁中良,黄福享,李涤尘. 航空制造技术. 2016(12)
[9]TC4钛合金表面激光熔覆复合涂层的组织和耐磨性[J]. 刘丹,陈志勇,陈科培,唐翠,朱卫华,何彬,王新林. 金属热处理. 2015(03)
[10]激光立体成形TC4钛合金组织和力学性能研究[J]. 李静,林鑫,钱远宏,黄卫东. 中国激光. 2014(11)
硕士论文
[1]激光增材制造镍基高温合金的工艺、组织以及性能研究[D]. 吴云鹏.南昌大学 2019
[2]电子束增材制造钛合金的组织特征与拉伸性能研究[D]. 黄薇.南昌航空大学 2017
[3]钛合金增减材复合制造工艺研究[D]. 黄鑫.大连理工大学 2017
[4]连续点式锻压激光成形TA15钛合金组织与性能的研究[D]. 赵毅.燕山大学 2016
[5]钛合金激光熔覆工艺与形貌预测研究[D]. 谢红梅.大连理工大学 2014
[6]送粉式单道激光熔覆层横截面形貌几何模型研究[D]. 李臣光.燕山大学 2014
[7]送粉式和送丝式的钛合金激光增材制造特性研究[D]. 章敏.哈尔滨工业大学 2013
[8]高频微锻造调控45钢激光淬火层表面性能的研究[D]. 滕崇其.南华大学 2012
[9]高频微锻造对激光成形成形304不锈钢试件力学性能的影响[D]. 余金水.南华大学 2012
[10]TC4合金激光快速修复过程中熔合不良缺陷的评价研究[D]. 王维.西北工业大学 2007
本文编号：3653950
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
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摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 激光金属沉积技术与钛合金概述
1.2.1 激光金属沉积技术概述
1.2.2 钛合金概述
1.3 国内外研究现状
1.3.1 激光金属沉积钛合金研究现状
1.3.2 复合增材制造技术研究现状
1.3.3 超声微锻造技术研究现状
1.3.4 超声微锻造辅助增材钛合金研究现状
1.4 本文的主要研究内容
第2章 试验条件及方法
2.1 试验技术路线
2.2 试验材料
2.3 试验设备
2.3.1 送粉式激光增材设备
2.3.2 送丝式激光增材设备
2.4 超声微锻造辅助激光熔丝过程
2.5 组织观察
2.6 硬度测试
第3章 工艺参数对激光增材TC4宏观成型质量的影响
3.1 送粉式激光增材TC4
3.1.1 工艺参数对沉积层宽度、高度的影响规律
3.1.2 工艺参数对沉积层接触角的影响规律
3.1.3 工艺参数对沉积层稀释率的影响规律
3.2 送丝式激光增材TC4
3.2.1 激光工艺参数的确定
3.2.2 横向搭接率的选择
3.2.3 纵向搭接率的选择
3.3 本章小结
第4章 超声微锻造参数对激光熔丝单层TC4的影响
4.1 宏观尺寸
4.2 表面粗糙度
4.3 显微组织
4.4 显微硬度
4.5 本章小结
第5章 超声微锻造对激光熔丝多层TC4显微组织及硬度的影响
5.1 显微组织及硬度演变规律
5.2 柱状晶向等轴晶转变机理
5.3 界面调控规律
5.4 缺陷愈合机理
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Z轴提升量对激光熔覆成形件组织与力学性能的影响[J]. 辛博,周显新,巩亚东,张海权,李天鸿. 中国激光. 2019(11)
[2]复合增材制造技术研究进展[J]. 杨智帆,张永康. 电加工与模具. 2019(02)
[3]微锻造激光熔覆沉积高性能TC4组织与各向异性[J]. 张金智,张安峰,王宏,张晓星,王豫跃. 中国激光. 2019(04)
[4]改善金属增材制造材料组织与力学性能的方法与技术[J]. 袁丁,高华兵,孙小婧,周长平,孙徕博,陈玉娟,果春焕,牛忠毅,姜风春. 航空制造技术. 2018(10)
[5]激光熔覆成形薄壁件离焦量和Z轴提升量选择方法[J]. 徐海岩,李涛,李海波,王鑫林,张洪潮. 大连理工大学学报. 2017(06)
[6]Influence of α/β interface phase on the tensile properties of laser cladding deposited Ti–6Al–4V titanium alloy[J]. Zhuang Zhao,Jing Chen,Shuai Guo,Hua Tan,Xin Lin,Weidong Huang. Journal of Materials Science ＆ Technology. 2017(07)
[7]金属激光直接成形最佳搭接率计算及试验验证[J]. 来佑彬,张本华,赵吉宾,刘伟军,赵宇辉. 焊接学报. 2016(12)
[8]激光增材制造技术的研究现状及发展趋势[J]. 杨强,鲁中良,黄福享,李涤尘. 航空制造技术. 2016(12)
[9]TC4钛合金表面激光熔覆复合涂层的组织和耐磨性[J]. 刘丹,陈志勇,陈科培,唐翠,朱卫华,何彬,王新林. 金属热处理. 2015(03)
[10]激光立体成形TC4钛合金组织和力学性能研究[J]. 李静,林鑫,钱远宏,黄卫东. 中国激光. 2014(11)
硕士论文
[1]激光增材制造镍基高温合金的工艺、组织以及性能研究[D]. 吴云鹏.南昌大学 2019
[2]电子束增材制造钛合金的组织特征与拉伸性能研究[D]. 黄薇.南昌航空大学 2017
[3]钛合金增减材复合制造工艺研究[D]. 黄鑫.大连理工大学 2017
[4]连续点式锻压激光成形TA15钛合金组织与性能的研究[D]. 赵毅.燕山大学 2016
[5]钛合金激光熔覆工艺与形貌预测研究[D]. 谢红梅.大连理工大学 2014
[6]送粉式单道激光熔覆层横截面形貌几何模型研究[D]. 李臣光.燕山大学 2014
[7]送粉式和送丝式的钛合金激光增材制造特性研究[D]. 章敏.哈尔滨工业大学 2013
[8]高频微锻造调控45钢激光淬火层表面性能的研究[D]. 滕崇其.南华大学 2012
[9]高频微锻造对激光成形成形304不锈钢试件力学性能的影响[D]. 余金水.南华大学 2012
[10]TC4合金激光快速修复过程中熔合不良缺陷的评价研究[D]. 王维.西北工业大学 2007
本文编号：3653950
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