高能束流钛及钛合金增材制造工艺研究

发布时间：2020-03-31 19:37

【摘要】：天然贝壳材料特有的结构赋予了其优异的力学性能。贝壳珍珠层的软质与硬质材料交织层状复合结构对应其高强高韧的优质力学性能,此种结构为设计及制造高强韧性仿生材料提供了新思路。本课题借鉴贝壳结构设计沉积体结构,旨在设计得到高抗冲击、高强、高韧的复合结构材料。实验中选取TC4钛合金对应贝壳中的硬质材料,TA2纯钛对应软质材料,首先采用等离子弧沉积丝材,研究工艺参数对成型的影响,并对薄壁结构进行显微组织分析及学性能检测,采取三种不同的块体沉积方案,分别为TC4沉积、TC4与TA2层间交替沉积、TC4与TA2道间交替沉积;选出综合力学性能最优方案再次利用电子束熔丝的方式进行沉积,对比分析等离子与电子束两种成型方式的力学性能差异。研究结果表明,基于等离子熔丝增材制造技术,分别探究了工艺参数对TC4和TA2成型的影响规律,确定工艺参数为:焊接电流为130A,运动速度为30 mm/s,送丝速度为 1.4mm/s(TC4)、1.2mm/s(TA2),TC4 与 TC4 搭接率为 36.3%,TA2 与 TA2 搭接率为35.2%,TC4与TA2搭接率为35.7%;基于电子束熔丝增材制造技术,分别探究了工艺参数对TC4和TA2成型的影响规律,确定工艺参数为:加速电压为60KV,聚焦电流为659 mA,运动速度为1 mm/s,送丝速度为5 mm/s,电子束流10mA(TC4)、9 mA(TA2);TC4与TC4搭接率40%,TA2与TA2搭接率38.4%。成型的TC4显微组织分为热影响区、梯度循环组织区、均匀区。在成型试样的沉积底部为自下而上生长的柱状晶粒,柱状晶对试样的各向异性起到很大的作用。成型试样基板的显微硬度小于热影响区小于梯度循环组织,均匀组织区的显微硬度小于梯度循环组织区。沉积块体试样力学性能均存在各向异性。沉积块体在Z轴方向的抗冲击能力较其余两个方向高;经过仿生方案增材之后的块体比TC4块体整体的抗冲击韧性增强且抗拉强度略有降低;当块体受到冲击时,裂纹遇到TA2时会吸收大量的能量,其作为的软相会使裂纹发生偏转,其中TC4与TA2层间交替沉积在Z轴方向的抗冲击性能最高;拉伸断口与冲击断口为具有韧窝的韧性断裂。电子束增材成型试样的力学性能规律与等离子弧增材成型试样相似;经过电子束沉积TC4与TA2层间交替试样比用等离子弧沉积TC4与TA2层间交替试样得到的抗拉强度、抗冲击韧性均有提升,实现了在不减小抗拉强度的情况下冲击韧性提高。
【图文】：

电弧增材制造技术备受瞩目，研究人员对增材成型结构件的显微组织及力逡逑学性能进行了大量研究。法国Ｒｉｂｅｉｒｏ等人对增材制造系统研究设计机器人，如图Ｕ逡逑所示，并由其快速成型了典型结构件，如图１．２所示，研究了其成型后的质量。美国的逡逑Ｏｕｙａｎｇ＾等人对５３５６铝合金结构件利用变极性的ＴＩＧ焊接系统进行快速成型，对焊接逡逑参数和焊缝形貌之间存在的关系进行研宄，并研究了预热温度、弧长等工艺参数关系。逡逑５逡逑

后面将该技术运用在飞机机身结构件的增材成型１３６］。逡逑Ｉ邋ｆ邋ｉ逡逑图１．１邋ＧＭＡＷ快速成型制造系统逡逑近年来，电弧增材制造技术备受瞩目，研究人员对增材成型结构件的显微组织及力逡逑学性能进行了大量研究。法国Ｒｉｂｅｉｒｏ等人对增材制造系统研究设计机器人，如图Ｕ逡逑所示，并由其快速成型了典型结构件，如图１．２所示，，研究了其成型后的质量。美国的逡逑Ｏｕｙａｎｇ＾等人对５３５６铝合金结构件利用变极性的ＴＩＧ焊接系统进行快速成型，对焊接逡逑参数和焊缝形貌之间存在的关系进行研宄，并研究了预热温度、弧长等工艺参数关系。逡逑５逡逑
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.23

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1 武卫莉;陈U

本文编号：2609487