TC4表面激光熔覆沉积Ti40阻燃钛合金组织及力学性能

发布时间：2021-08-04 00:20

　　钛及钛合金因具有比强度高、耐高温、耐腐蚀等一系列优良特性,在航空航天领域被广泛使用。然而,常规钛合金作为航空结构件在苛刻使用环境中易发生“钛火”故障,钛合金的阻燃问题已成为航空工业中一项亟待解决的关键问题。为降低“钛火”对航空结构件的影响,提高飞机运行的安全性,研制整体阻燃钛合金是一条可行的技术途径。目前,研究最成熟的阻燃钛合金为Ti-V-Cr系阻燃钛合金,然而,由于Ti-V-Cr系阻燃钛合金中成本昂贵、高比重的V元素含量高,不仅大幅度提高了阻燃钛合金的制备成本,同时又导致阻燃钛合金整体的比强度降低,锻造时的变形抗力过大,加工困难。因此,迫切需要寻求低成本的阻燃钛合金制备及加工技术。基于此,本文采用激光熔覆沉积技术,在锻件TC4基体表面熔覆沉积Ti40阻燃钛合金,目的在于保持锻件TC4良好综合性能的前提下,提高常规钛合金表面抗燃烧性能。首先,研究了激光熔覆沉积工艺参数对锻件TC4基体表面单道单层沉积Ti40阻燃合金各区域几何尺寸和硬度分布的影响规律;其次,针对锻件TC4基体表面多层沉积Ti40阻燃合金,研究了从基体至Ti40沉积区各区域组织特征及硬度分布;最后,表征了激光熔覆沉积试样垂... 

【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

α-Ti和β-Ti的晶体结构图

图 1.2 激光熔覆沉积成形过程示意图：(a) 预置粉末；(b) 侧轴送粉；(c) 同轴送粉Fig.1.2 Schematic diagram of the laser cladding deposition forming process: (a) Pre-powder; (b)Lateral feeding; (c) Coaxial feeding1.2.2 工艺参数及其应用激光熔覆沉积是激光在基体表面基体熔化、形成熔池、合金材料进入熔池熔化、基体材料与沉积材料合金化和非平衡凝固的一个复杂过程。沈毅鸿[45]等人采用激光熔覆沉积技术，研究了激光功率、扫描速度、送粉速率对 316L 熔覆层几何形貌与硬度的影响，并解释了产生这种影响的原因。赵卫强等人[46]采用激光熔覆沉积技术，研究了通过改变工艺参数对飞行器结构件材料 TC11 钛合金显微组织和力学性能的影响规律。结果发现，不同激光功率条件下，沉积得到试样的微观组织均为网篮组织，低功率激光熔覆沉积得到试样的微观组织尺寸更为细小，α 相宽度更小。低功率得到的试样比高功率得到的试样硬度高出约 15 HB，两种功率条件下沉积得到的试样硬度均高出 TC11 锻件标准硬度

图 2.2 Ti40 合金粉末的微观形貌：(a) 低倍 (b) 高倍Fig. 2.2 Micro-morphology of Ti40 alloy powder: (a) low magnification (b) high magnification2.3.2 激光熔覆沉积的系统装置本文中激光熔覆沉积实验在专用激光熔覆沉积系统上完成。该系统分别包括一台 6kW 半导体激光器、五轴四联动数控工作台、惰性气氛保护室和高精度可调送粉器。为了防止沉积过程中合金的氧化和夹杂污染，实验中所用的保护气体和载气气体均为高纯氩气，成形气氛中氧含量低于 50 ppm。2.3.3 实验工艺参数在激光熔覆沉积实验过程中，当其他工艺参数确定的条件下，依次改变激光功率，扫描速度、送粉率分别进行激光熔覆沉积实验，沉积时采用单方向沉积，空走回来行程，然后逐层沉积。为消除沉积过程中熔池高温对送粉喷嘴的累积加热可能造成的堵粉现象以及确保沉积层冶金质量和表面形貌的良好性，沉积 8 层停 30 秒再进行 9-12 层的沉积。本实验所涉及的主要工艺参数为光斑直径(Spot diameter, D)、载气流量（Carrier gas flow

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]片状组织TA15钛合金α+β相区塑性变形特性及等轴化行为研究[D]. 董显娟.南京航空航天大学 2011

硕士论文
[1]激光立体成形Ti-V-15Cr系合金微观组织演化及性能[D]. 刘桐.长安大学 2017
[2]激光立体成形Ti-25V-15Cr合金的组织和阻燃性能研究[D]. 杨雪坤.长安大学 2016
[3]激光直接沉积TC11钛合金组织及性能研究[D]. 黄柏颖.山东建筑大学 2013
[4]激光快速成形TC4钛合金的组织和力学性能研究[D]. 张霜银.西北工业大学 2006



本文编号：3320610