工艺参数对电子束选区熔化成形Ti6Al4V合金显微组织的影响
发布时间：2019-10-21 10:33
【摘要】：针对电子束选区熔化的特点,采用不同工艺参数成形了Ti6Al4V实体试样,并利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电镜和X射线衍射仪研究了气雾化Ti6Al4V粉末在电子束选区熔化成形中的微观组织特征以及不同体能量密度(P/v)对微观组织的影响。结果表明:电子束选区熔化Ti6Al4V合金内部组织为细针状马氏体、魏氏组织和网篮组织,细针马氏体区位于试样成形顶部;随着体能量密度的增加马氏体区高度由7~8个铺粉层厚增加到22~25个铺粉层厚,内部组织由细长片状魏氏组织变为魏氏组织和网篮组织组成的双态组织,片状α相的厚度也由1~2μm增加到2~4μm。
【图文】：
·3216·稀有金属材料与工程第44卷图1Ti6Al4V粉末SEM形貌Fig.1SEMimageofTC4powder预热，可以有效提高粉末抵抗电子束冲击的能力，，防止吹粉和粉末飞溅。基板预热参数为电子束扫描速度10m/s，束流20mA，预热时间6min。粉末预热采用束流渐增的方式，扫描速度为5m/s，预热遍数为20，束流1~20mA渐增。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射和透射电镜对粉末材料和成型试样内部组织进行了观察分析。电子束选区熔化过程中，引入体能量密度来解释工艺参数对成形的影响，体能量密度是指电子束选区熔化每层粉末时，单位体积内粉末获得的能量。提出体能量密度公式为：ModifiedcoefficientπPEfhtv=(1)其中，P为功率；v为扫描速度；h为扫描间距；t为粉末层厚。对于确定的粉末，扫描间距一定时，功率（P）和扫描速度（v）的比值（P/v）直接反应体能量密度的变化趋势。2结果与讨论2.1体能量密度(P/v)对成形质量的影响成形零件的质量主要受成型过程工艺参数的影响，理想的成型件表面平整且粗糙度低，扫描线光滑连续，内部组织致密，无气孔、裂纹和未熔合等缺陷。工艺过程对表面质量和和内部结合影响较大，能量输表1电子束快速成形工艺参数Table1ParametersofelectronbeamrapidprototypingSampleNo.P/Wv/m·s-1(P/v)/J·mm-11120,240,3600.50.24,0.48,0.722240,480,7200.50.48,0.96,1.44360,120,1800.20.3,0.6,0.94120,240,3600.20.6,1.2,2.4入不足，容易导致扫描线不连续，表面粗糙（如图2a、2c所示）；提高能量输入，扫描线光滑连续，但成形试样两侧有凸起，这是由于能量密度输入高，熔池作用时间长，流动性好，电子束扫描时将液相金属推向两侧（图2b、2d所示）。电子束选区熔化在真空条件下进行，有效?
在真空条件下进行，有效避免了氧、氮、氢等气体对试样的不良影响，成形件内部存在孔隙，这可能是由于Ti6Al4V粉末为气雾化粉末，低能量密度时，熔池存在时间短，也不利于气体的逸出（如图3所示）。采用能量渐增的扫描方式，使粉末形成预烧结，可以有效防止粉末的球化，但能量输入不足仍不能避免未熔合的缺陷的产生。试验结果表明增加能量体密度能够明显改善内部结合情况，提高致密性。2.2体能量密度(P/v)对微观组织的影响电子束快速成形是逐层堆积的过程，其熔池具有温度高、冷却速度快的特点，已凝固部分受到反复加图2TC4试样外观形貌Fig.2MacromorphologyofTC4sampleswithdifferentprocessings:(a)P/v=0.24,0.48,0.72J·mm-1,(b)P/v=0.48,0.96,1.44J·mm-1,(c)P/v=0.3,0.6,0.9J·mm-1,and(d)P/v=0.6,1.2,2.4J·mm-1图3成形试样内部缺陷Fig.3Poresandlackoffusioninthesample(P/v=0.24,0.48,0.72J·mm-1)abcdPoresLackoffusion200μm
【作者单位】： 清华大学先进成形制造教育部重点实验室;
【基金】：北京市科技计划项目(D13110400300000)
【分类号】：TG146.23
【图文】：
·3216·稀有金属材料与工程第44卷图1Ti6Al4V粉末SEM形貌Fig.1SEMimageofTC4powder预热，可以有效提高粉末抵抗电子束冲击的能力，，防止吹粉和粉末飞溅。基板预热参数为电子束扫描速度10m/s，束流20mA，预热时间6min。粉末预热采用束流渐增的方式，扫描速度为5m/s，预热遍数为20，束流1~20mA渐增。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射和透射电镜对粉末材料和成型试样内部组织进行了观察分析。电子束选区熔化过程中，引入体能量密度来解释工艺参数对成形的影响，体能量密度是指电子束选区熔化每层粉末时，单位体积内粉末获得的能量。提出体能量密度公式为：ModifiedcoefficientπPEfhtv=(1)其中，P为功率；v为扫描速度；h为扫描间距；t为粉末层厚。对于确定的粉末，扫描间距一定时，功率（P）和扫描速度（v）的比值（P/v）直接反应体能量密度的变化趋势。2结果与讨论2.1体能量密度(P/v)对成形质量的影响成形零件的质量主要受成型过程工艺参数的影响，理想的成型件表面平整且粗糙度低，扫描线光滑连续，内部组织致密，无气孔、裂纹和未熔合等缺陷。工艺过程对表面质量和和内部结合影响较大，能量输表1电子束快速成形工艺参数Table1ParametersofelectronbeamrapidprototypingSampleNo.P/Wv/m·s-1(P/v)/J·mm-11120,240,3600.50.24,0.48,0.722240,480,7200.50.48,0.96,1.44360,120,1800.20.3,0.6,0.94120,240,3600.20.6,1.2,2.4入不足，容易导致扫描线不连续，表面粗糙（如图2a、2c所示）；提高能量输入，扫描线光滑连续，但成形试样两侧有凸起，这是由于能量密度输入高，熔池作用时间长，流动性好，电子束扫描时将液相金属推向两侧（图2b、2d所示）。电子束选区熔化在真空条件下进行，有效?
在真空条件下进行，有效避免了氧、氮、氢等气体对试样的不良影响，成形件内部存在孔隙，这可能是由于Ti6Al4V粉末为气雾化粉末，低能量密度时，熔池存在时间短，也不利于气体的逸出（如图3所示）。采用能量渐增的扫描方式，使粉末形成预烧结，可以有效防止粉末的球化，但能量输入不足仍不能避免未熔合的缺陷的产生。试验结果表明增加能量体密度能够明显改善内部结合情况，提高致密性。2.2体能量密度(P/v)对微观组织的影响电子束快速成形是逐层堆积的过程，其熔池具有温度高、冷却速度快的特点，已凝固部分受到反复加图2TC4试样外观形貌Fig.2MacromorphologyofTC4sampleswithdifferentprocessings:(a)P/v=0.24,0.48,0.72J·mm-1,(b)P/v=0.48,0.96,1.44J·mm-1,(c)P/v=0.3,0.6,0.9J·mm-1,and(d)P/v=0.6,1.2,2.4J·mm-1图3成形试样内部缺陷Fig.3Poresandlackoffusioninthesample(P/v=0.24,0.48,0.72J·mm-1)abcdPoresLackoffusion200μm
【作者单位】： 清华大学先进成形制造教育部重点实验室;
【基金】：北京市科技计划项目(D13110400300000)
【分类号】：TG146.23
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本文编号：2551362
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