钛/钢连接梯度接头的电子束粉末增材制造工艺研究

发布时间：2021-05-06 17:04

　　由于钛合金与不锈钢的物理性质和化学性质之间的差异,其焊接一直是一个难以解决的问题。本文基于电子束粉末增材制造工艺进行了钛合金/不锈钢的梯度过渡接头的研制。研制了电子束粉末增材高精度铺粉装置,供粉缸和成型缸通过伺服电机驱动,升降定位精度达到0.01mm,速度为1mm/s;刮粉器采用步进电机驱动,实现稳定铺粉,速度为10mm/s,铺粉装置的有效工作空间为50mm,满足梯度接头的电子束粉末增材工艺的要求。对钛/钢连接梯度接头的结构进行了设计,确定TC4-V-316L的过渡结构即通过V增材层对Ti元素的稀释来实现Ti与Fe的过渡。对基于TC4基板的V粉末的增材工艺进行研究并最终优化工艺参数为:粉末层厚度1.5mm,加速电压60kV,电子束电流3mA,聚焦电流735mA,扫描速度1.5mm/s,其中随着增材层数增加电子束电流相应增加;对基于V增材层的316L不锈钢的增材工艺进行研究及参数优化,具体参数为:粉末层厚度1.5mm,加速电压60kV,电子束电流3mA,聚焦电流735mA,扫描速度1mm/s。通过对梯度接头的316L不锈钢的单道增材式样和多道增材式样进行显微组织的分析,发现两者的TC4与... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究的意义和目的
    1.2 钛/钢的焊接性及难点
        1.2.1 物理性质对焊接性的影响
        1.2.2 化学性质对焊接性的影响
        1.2.3 钛/钢焊接的难点
    1.3 钛/钢过渡连接的研究现状
        1.3.1 熔化焊
        1.3.2 压焊
        1.3.3 钎焊
    1.4 电子束粉末增材工艺的研究现状
        1.4.1 电子束粉末增材原理
        1.4.2 电子束粉末增材工艺的研究现状
    1.5 课题的研究内容
        1.5.1 课题研究路线
        1.5.2 课题研究的主要内容
2 实验材料、设备、方法及梯度接头设计
    2.1 试验材料
    2.2 实验设备
        2.2.1 电子束焊机
        2.2.2 电子束扫描控制系统
    2.3 电子束粉末增材制造系统搭建
        2.3.1 研制电子束粉末增材铺粉设备设计思路
        2.3.2 研制电子束粉末增材铺粉设备机械结构设计
        2.3.3 研制电子束粉末增材铺粉设备电气控制系统
    2.4 检测设备与试验方法
        2.4.1 金相分析试验
        2.4.2 扫描电镜及EDS分析试验
        2.4.3 显微硬度试验
        2.4.4 物相分析试验
    2.5 钛/钢连接梯度接头的设计
        2.5.1 钛/钢连接梯度接头的设计原理
        2.5.2 钛/钢连接梯度接头的结构设计及其表征方法
        2.5.3 钛/钢连接梯度接头的成分梯度实现的方案拟定
        2.5.4 钛/钢连接梯度接头的理想元素变化情况
3 TC4-V成分过渡增材工艺研究
    3.1 电子束增材防“吹粉”问题研究
    3.2 V粉的电子束增材工艺参数初步探究
        3.2.1 电子束电流对V粉增材的影响
        3.2.2 扫描速度对V粉增材的影响
        3.2.3 聚焦电流对V粉增材的影响
        3.2.4 粉末厚度对V粉增材的影响
    3.3 V粉的电子束增材工艺研究与参数优化
        3.3.1 正交试验方案确定
        3.3.2 正交试验结果
        3.3.3 搭接率试验
        3.3.4 增材层数对工艺参数的影响
    3.4 V粉粉末增材的实验结果
        3.4.1 V粉增材的第一层结果
        3.4.2 V粉增材的第二层结果
    3.5 本章小结
4 基于V增材层的316L不锈钢的增材工艺研究
    4.1 316L不锈钢粉末的增材工艺研究与参数优化
        4.1.1 电子束电流对316L不锈钢成型的影响
        4.1.2 电子束扫描速度对316L不锈钢成型的影响
        4.1.3 电子束聚焦电流对316L不锈钢成型的影响
    4.2 基于V粉末和316L不锈钢粉末增材成型的对比分析
    4.3 基于V增材层的316L不锈钢粉末的增材结果
    4.4 本章小结
5 钛/钢连接梯度接头的组织分析与力学性能研究
    5.1 钛/钢连接梯度接头的宏观结构特征
    5.2 钛/钢连接梯度接头的组织分析
        5.2.1 TC4基板的组织分析
        5.2.2 TC4-V熔合区的组织分析
        5.2.3 V增材区的组织分析
        5.2.4 V-316L不锈钢熔合区的组织分析
        5.2.5 316L不锈钢增材区的组织分析
    5.3 钛/钢连接梯度接头的成分分析
        5.3.1 钛/钢连接梯度接头的整体成分分析
        5.3.2 Ti-V区的成分分析
        5.3.3 V增材区的成分分析
        5.3.4 V-316L不锈钢区的成分分析
        5.3.5 316L不锈钢区的成分分析
    5.4 钛/钢连接梯度接头的力学性能分析
        5.4.1 钛/钢连接梯度接头的显微硬度分析
        5.4.2 钛/钢连接梯度接头的断裂面分析
    5.5 钛/钢连接梯度接头的XRD物相分析
    5.6 V/钢过渡层脆化断裂的原理分析
    5.7 本章小结
6 课题结论与展望
    6.1 课题结论
    6.2 课题展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]扫描策略及束流参数对TC4合金电子束快速成形过程的影响[J]. 刘楠,贾亮,杨广宇,汤慧萍,王建.  热加工工艺. 2015(12)
[2]电子束选区熔化成形技术研究进展[J]. 汤慧萍,王建,逯圣路,杨广宇.  中国材料进展. 2015(03)
[3]电子束选区熔化成形316L不锈钢的工艺研究[J]. 郭超,林峰,葛文君.  机械工程学报. 2014(21)
[4]基于电子束热源的钒合金/不锈钢连接技术研究[J]. 王亚荣,张勇智,许超,余洋.  机械工程学报. 2014(10)
[5]钛合金钢管焊接技术研究进展[J]. 洪成江.  中国石油和化工标准与质量. 2013(13)
[6]电子束快速成形TC18合金多次堆积的组织特征研究[J]. 杨光,巩水利,锁红波,陈哲源.  航空制造技术. 2013(08)
[7]扫描路径对电子束选区熔化TC4成形件性能影响的数值模拟[J]. 齐海波,杨明辉,齐芳娟.  焊接学报. 2009(08)
[8]中间层厚度对P/M TC4-GCr15扩散焊接头强度的影响[J]. 郎泽保,吕宏军,王亮.  宇航材料工艺. 2009(04)
[9]聚变堆用结构材料的研究现状与进展[J]. 于兴哲,宋月清,崔舜,李明,李增德.  材料导报. 2008(02)
[10]电子束熔融直接金属成型工艺的研究[J]. 刘海涛,赵万华,唐一平.  西安交通大学学报. 2007(11)

博士论文
[1]钛合金与不锈钢真空热轧形变连接机理研究[D]. 赵东升.哈尔滨工业大学 2008



本文编号：3172299