Ti-6Al-4V薄壁制件的电子束快速成形模拟研究
发布时间：2020-10-29 08:52
电子束快速成形是指在真空环境中利用高能电子束熔化金属材料,按预设路径逐点逐层堆积形成制件的过程。观察经电子束快速成形工艺制得的Ti-6A1-4V(TC4)薄壁件的显微组织,发现制件内部存在较多的细小孔隙缺陷。元素分析结果表明这些缺陷主要是由高能量密度的电子束作用下A1元素蒸发导致。除元素蒸发外,高能量密度的电子束热源可导致制件严重变形。直接降低电子束能量密度则可能会导致材料不能完全熔化,造成制件成形精度低及未熔合孔隙缺陷等问题。本工作通过电子束熔丝和熔粉快速成形两种工艺的数值分析,提出了提高薄壁制件成形质量的改善途径。针对电子束熔丝快速成形过程,以TC4薄壁件为研究对象,考虑材料的固态相变,构建了成形过程的热力耦合模型。验证结果表明当固态相变温度采用变温XRD确定的850 ℃时模型能准确模拟制件的变形和应力。当扫描电流和速度分别在100～150 mA和0.05～100 mm/s范围时制件能较好地成形。单向式和往复式两种扫描方式下残余应力分布规律相同,但前者变形更严重。往复式扫描下制件变形主要呈收缩状态,且收缩量随扫描电流的增大而增大。基于以上发现,提出了往复式扫描方式下动态调整扫描电流和在基材底面施加恒温约束两种方案,均可有效降低制件的变形。在电子束熔粉快速成形的研究中,依据文献的实验结果验证了仿真模型计算单层TC4熔覆层成形温度场和预测表面形貌的准确性。基于该模型,确定了 TC4固态相变对传热模型的影响几乎可以忽略。模型的参数分析结果表明,随着电子束扫描功率的减小,TC4熔覆层厚度减小,表面形貌越粗糙。随着粉末相对密度的增加,粉末熔化所需的电子束功率越大,熔覆层表面形貌越粗糙。适当增大不同粉末密度下的扫描功率,即保证粉末完全熔化但不气化,可明显改善熔覆层的表面形貌。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG661
【部分图文】：
子束熔丝快速成形技术（Ｗｉｒｅ－ｆｅｄ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?Ｂｅａｍ?Ｆｒｅｅｆｏｒｍ?Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ?Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，??简称ＥＢＦ３），该工艺在真空环境中利用高能电子束熔化金属丝材，按预设成形路??径逐点逐层堆积形成金属制件，如图１＿２所示。相较于熔粉成形，电子束熔丝快??速成形具有高能量利用率和材料利用率的优点，但熔丝快速成形中丝材熔化所需??电子束功率更大，聚焦半径更小，造成更高的能量密度，高能量密度的电子束热??源会在制件中形成更大的温度梯度，造成热应力集中，并导致制件变形开裂。此??夕卜，高能量密度可能会导致成形过程中材料温度超过其沸点，造成金属元素的挥??发，产生孔隙缺陷。??阴极??．．．．阳极??１．枉．了’??聚焦线圈??偏转线圈??ｎ?ｉｎ??；?储粉仓??Ｉ?Ｉ．．．??ｉ?；？?金属粉末??制作平台??图１．１电子束恪粉快速成形原理图??１??
子束熔丝快速成形技术（Ｗｉｒｅ－ｆｅｄ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?Ｂｅａｍ?Ｆｒｅｅｆｏｒｍ?Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ?Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，??简称ＥＢＦ３），该工艺在真空环境中利用高能电子束熔化金属丝材，按预设成形路??径逐点逐层堆积形成金属制件，如图１＿２所示。相较于熔粉成形，电子束熔丝快??速成形具有高能量利用率和材料利用率的优点，但熔丝快速成形中丝材熔化所需??电子束功率更大，聚焦半径更小，造成更高的能量密度，高能量密度的电子束热??源会在制件中形成更大的温度梯度，造成热应力集中，并导致制件变形开裂。此??夕卜，高能量密度可能会导致成形过程中材料温度超过其沸点，造成金属元素的挥??发，产生孔隙缺陷。??阴极??．．．．阳极??１．枉．了’??聚焦线圈??偏转线圈??ｎ?ｉｎ??；?储粉仓??Ｉ?Ｉ．．．??ｉ?；？?金属粉末??制作平台??图１．１电子束恪粉快速成形原理图??１??
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【参考文献】
本文编号：2860667
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG661
【部分图文】：
子束熔丝快速成形技术（Ｗｉｒｅ－ｆｅｄ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?Ｂｅａｍ?Ｆｒｅｅｆｏｒｍ?Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ?Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，??简称ＥＢＦ３），该工艺在真空环境中利用高能电子束熔化金属丝材，按预设成形路??径逐点逐层堆积形成金属制件，如图１＿２所示。相较于熔粉成形，电子束熔丝快??速成形具有高能量利用率和材料利用率的优点，但熔丝快速成形中丝材熔化所需??电子束功率更大，聚焦半径更小，造成更高的能量密度，高能量密度的电子束热??源会在制件中形成更大的温度梯度，造成热应力集中，并导致制件变形开裂。此??夕卜，高能量密度可能会导致成形过程中材料温度超过其沸点，造成金属元素的挥??发，产生孔隙缺陷。??阴极??．．．．阳极??１．枉．了’??聚焦线圈??偏转线圈??ｎ?ｉｎ??；?储粉仓??Ｉ?Ｉ．．．??ｉ?；？?金属粉末??制作平台??图１．１电子束恪粉快速成形原理图??１??
子束熔丝快速成形技术（Ｗｉｒｅ－ｆｅｄ?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?Ｂｅａｍ?Ｆｒｅｅｆｏｒｍ?Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ?Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，??简称ＥＢＦ３），该工艺在真空环境中利用高能电子束熔化金属丝材，按预设成形路??径逐点逐层堆积形成金属制件，如图１＿２所示。相较于熔粉成形，电子束熔丝快??速成形具有高能量利用率和材料利用率的优点，但熔丝快速成形中丝材熔化所需??电子束功率更大，聚焦半径更小，造成更高的能量密度，高能量密度的电子束热??源会在制件中形成更大的温度梯度，造成热应力集中，并导致制件变形开裂。此??夕卜，高能量密度可能会导致成形过程中材料温度超过其沸点，造成金属元素的挥??发，产生孔隙缺陷。??阴极??．．．．阳极??１．枉．了’??聚焦线圈??偏转线圈??ｎ?ｉｎ??；?储粉仓??Ｉ?Ｉ．．．??ｉ?；？?金属粉末??制作平台??图１．１电子束恪粉快速成形原理图??１??
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【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 黄志涛;锁红波;杨光;杨帆;董伟;;热处理工艺对电子束熔丝成形TC18钛合金组织性能的影响[J];材料热处理学报;2015年12期
2 锁红波;陈哲源;刘建荣;巩水利;肖建中;;电子束快速成形Ti-6Al-4V合金的组织与性能（英文）[J];稀有金属材料与工程;2014年04期
3 陈云霞;朱妙凤;芦凤桂;姚舜;;电子束快速成形温度场模拟[J];焊接学报;2009年04期
本文编号：2860667
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