钛合金电子束快速成形缺陷形成机理研究

发布时间：2017-12-20 00:08

  本文关键词：钛合金电子束快速成形缺陷形成机理研究　出处：《华中科技大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：电子束快速成形技术(Electron Beam Freeform Fabrication—EBF3)是一种采用高能电子束作为热源,熔化同步送进的丝材,逐层堆积制造出任意复杂形状金属零件的新型增材制造技术。国内外鲜有关于电子束快速成形过程中缺陷机理方面的研究。本文以TC4钛合金为研究对象,开展了电子束快速成形堆积体未熔合、气孔缺陷的实验和理论研究,探讨了缺陷的形成机理。所取得的创新成果和工作如下:(1)根据实验现象以及成形特点,提出了EBF3工艺未熔合缺陷的四种形成模式。根据其中的相邻沉积体间形成间隙的方式,建立了未熔合的传热、流动和自由界面演化耦合数学模型,动态模拟了未熔合的产生过程。对未熔合产生过程的温度场、流动场和自由界面形貌进行了详细分析,探讨了未熔合缺陷形成机理。(2)通过光学显微镜、扫描电镜和能谱成分分析,发现EBF3成形的钛合金堆积体气孔主要可分为三种类型。其中,内壁光滑Ⅰ型气孔呈规则圆球形,内表面光滑,多位于熔合线附近。内壁球状组织Ⅱ型气孔具有大致光滑连续的球形边缘,内壁部分区域聚集直径1μm到60μm的球状组织。对气孔进行微区成分分析,发现孔内Al含量与基材相比减少了,气孔内表面Al元素的含量从6.00%降低到3.00%,在球形组织上仅为3.79%;而气孔内表面V的含量相比较基材的4.00%增加到12.06%,球形组织上V的含量则降低到2.76%。内壁不规则组织Ⅲ型气孔粗大且形状不规则,内壁组织粗糙,呈撕裂状。(3)提出了钛合金堆积体气孔的可能形成机理。Ⅰ型气孔是因熔池内的氢、氧、氮等元素在熔池内部的溶解度突然变化而析出,经形核、长大产生的冶金气孔。Ⅱ型气孔是在真空环境下,TC4钛合金中的Al、Ti、V元素依次蒸发产生金属蒸汽与I型气孔气泡混合后,金属蒸汽依次凝结,依附于气泡壁形核长大,形成的内壁具有球状组织的气孔。在真空条件下,为Ti、V的凝固前沿所捕获的I型气体气泡在受到Al元素蒸发的反冲压力的作用时,被撕破,形成了具有爆炸撕裂状特征的III型气孔。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23;TG661

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本文编号：1309969