激光选区熔化Ti6Al4V合金及其表面超声滚压加工的组织与性能研究

发布时间：2025-01-01 05:32

　　钛合金是一种轻质结构材料,具有密度小、比强度高和耐腐蚀等优点,在航空航天、生物医用等领域具有广阔的应用市场。激光选区熔化（Selective laser melting,SLM）是一种新兴的材料成形技术,该技术利用高能激光束作为热源熔化金属来完成金属的逐层叠加加工,这不仅突破了传统减材和等材制造对成形零件几何形状的限制,而且对于制备难熔材料具有独特的优势。但SLM成形常受到复杂热交互和飞溅等因素的影响,导致成形零件出现较大的孔隙、粗糙度和残余应力等,影响使用性能。优化SLM成形工艺,并对所得零部件进行后处理可一定程度上解决上述问题。超声滚压（Ultrasonic surface rolling process,USRP）通过在零件表面产生塑性变形,提高表面光洁度和硬度,同时在表层引入压应力,并改善了微观组织结构,能有效提高零件的表面性能。因此,本文以Ti6Al4V合金为研究对象,通过优化成形工艺获得具有最佳性能的SLM成形钛合金,随后采用USRP和直流电加热辅助超声滚压（Direct current assisted USRP,DC-USRP）等后处理工艺对材料表面作进一步加工处理,重点...

【文章页数】：144 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 钛合金概述
        1.1.2 钛合金的先进成形技术概述
    1.2 激光选区熔化成形
        1.2.1 激光选区熔化成形技术概述
        1.2.2 激光选区熔化成形对钛合金微观结构和性能研究
    1.3 表面塑性变形改性技术
        1.3.1 喷丸改性技术
        1.3.2 滚压改性技术
        1.3.3 超声滚压和超声冲击改性技术
        1.3.4 多场复合表面塑性变形改性技术
    1.4 塑性变形机理
    1.5 超高周疲劳研究
    1.6 课题研究意义及内容
    1.7 课题来源
第二章 实验材料及研究方法
    2.1 实验材料及成形设备
        2.1.1 实验材料
        2.1.2 SLM成形及热处理
        2.1.3 表面超声滚压加工
        2.1.4 直流电加热辅助超声滚压加工
    2.2 材料性能测试
        2.2.1 试样密度测试
        2.2.2 表面形貌和粗糙度测试
        2.2.3 硬度和力学性能测试
        2.2.4 残余应力测试
        2.2.5 微观结构分析测试
第三章 SLM成形工艺对Ti6Al4V微观结构与性能的影响
    3.1 引言
    3.2 SLM工艺参数及扫描策略
    3.3 SLM工艺参数对成形试样微观结构和力学性能的影响
        3.3.1 粗糙度变化
        3.3.2 表面熔道变化
        3.3.3 孔隙率的变化
        3.3.4 微观结构变化
        3.3.5 显微硬度变化
        3.3.6 拉伸力学性能变化
    3.4 热处理对SLM成形Ti6Al4V性能的微观结构和力学影响
        3.4.1 热处理对微观结构的影响
        3.4.2 热处理对硬度的影响
        3.4.3 热处理对拉伸性能的影响
    3.5 本章小结
第四章 超声滚压加工对SLM成形Ti6Al4V表面微观结构和性能的影响
    4.1 引言
    4.2 超声滚压加工对表面粗糙度的影响
        4.2.1 超声滚压载荷、振幅和滚压球直径对表面粗糙度的影响
        4.2.2 直流电辅助超声滚压对表面粗糙度的影响
    4.3 超声滚压加工对表面残余应力的影响
        4.3.1 超声滚压载荷、振幅和滚压球直径对表面残余应力的影响
        4.3.2 直流电辅助超声滚压对残余应力的影响
    4.4 超声滚压加工对微观结构的影响
        4.4.1 超声滚压对SLM成形Ti6Al4V微观结构影响
        4.4.2 超声滚压对热处理态SLM成形Ti6Al4V微观结构影响
        4.4.3 直流电加热辅助超声滚压对试样微观结构的影响
    4.5 超声滚压加工后微观结构随深度变化
        4.5.1 EBSD表征
        4.5.2 TEM表征
    4.6 超声滚压对微观结构强化分析
    4.7 本章小结
第五章 超声滚压加工对SLM成形Ti6Al4V摩擦磨损特性的影响
    5.1 引言
    5.2 超声滚压对SLM成形Ti6Al4V干摩擦磨损特性的影响
        5.2.1 摩擦磨损方式
        5.2.2 摩擦系数和磨损量的变化
        5.2.3 磨损机制的变化
    5.3 热处理+超声滚压对SLM成形Ti6Al4V干摩擦磨损特性的影响
        5.3.1 摩擦磨损方式
        5.3.2 摩擦系数和磨损量的变化
        5.3.3 磨损机制的变化
    5.4 热处理+超声滚压对SLM成形Ti6Al4V润滑摩擦磨损特性的影响
        5.4.1 摩擦磨损方式
        5.4.2 摩擦系数和磨损量的变化
        5.4.3 磨损机制的变化
    5.5 分析讨论
    5.6 本章小结
第六章 超声滚压加工对SLM成形Ti6Al4V超高周疲劳性能的影响
    6.1 引言
    6.2 超高周疲劳试验
        6.2.1 超高周疲劳试验原理
        6.2.2 超高周疲劳试样设计
    6.3 超声滚压对超高周拉压疲劳性能的影响
        6.3.1 超高周拉压疲劳寿命
        6.3.2 超高周拉压疲劳断口观察和分析
    6.4 超声滚压对超高周扭转疲劳性能的影响
        6.4.1 超高周扭转疲劳寿命
        6.4.2 超高周扭转疲劳断口观察和分析
    6.5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
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本文编号：4022110