3D打印两相钛合金组织特征及缺陷研究

发布时间：2017-06-23 13:17

  本文关键词：3D打印两相钛合金组织特征及缺陷研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文利用体视显微镜、金相显微镜、扫描电镜、显微硬度仪等测试手段对3D打印的TC4,TC11和TC18两相钛合金的三维组织特征、缺陷及疲劳断裂行为进行了研究,并采用超声C扫描、荧光和工业CT三种无损检测方法对不同类型缺陷的进行检测,为3D打印两相钛合金的制造、服役及安全性评价方面提供理论基础。金相分析表明,3D打印两相钛合金不同成型方向的三维组织特征各不相同。宏观组织从顶部到底部的特征依次为:薄层等轴晶、柱状晶、等轴晶。微观组织在热处理前后会发生从为针状相组成的魏氏组织转变为杆状相组成的网篮组织;从顶部到底部,相逐渐变粗大。此外,层带的组织比层带外粗大,搭接区的组织比非搭接区粗大。通过断口分析和金相分析,发现两相钛合金中发现了气孔、高密夹杂、未熔合、冷隔缺陷、未熔粉末颗粒等五种类型的缺陷,除气孔外,其他缺陷形态和铸造及锻造合金有明显不同。气孔、高密度夹杂表现为点缺陷,对周围组织及硬度没有明显的影响,未熔粉末颗粒和未熔合主要出现在层间或道间,表现为面积型缺陷,大部分对周围组织及硬度没有明显的影响,但也存在特殊的未熔合使微观组织和硬度均发生了改变。冷隔缺陷表现为体积型缺陷,主要分布在熔覆层间液流汇合处,对周围组织产生了一定的影响。与传统锻造钛合金相比,3D打印两相钛合金不同疲劳加载方向断裂的疲劳断口在断裂行为上既有相似性也有差异性,疲劳源区位置、疲劳区的疲劳条带特征和瞬断区的韧窝特征相似,而3D打印两相钛合金疲劳断裂的快速扩展区明显不同于锻造合金。不同加载方向3D打印两相钛合金疲劳寿命存在一定差异:垂直于沉积方向加载材料疲劳性能更加优异,气孔对其疲劳寿命的有影响。3D打印两相钛合金表面和内部缺陷检测均可以采用常规无损检测方式。荧光渗透检测能够有效发现表面开口缺陷,超声C扫描有效检出内部的气孔、未熔合、夹杂缺陷,工业CT也能有效检出内部气孔、夹杂、未熔合缺陷。在超声检测中,由于3D打印钛合金中的缺陷形态有别于锻造合金,用锻造合金试块标定时,缺陷尺寸测量存在一定的误差。
【关键词】：3D打印两相钛合金 显微组织 缺陷 疲劳断裂 无损检测
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.23;TP391.73
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 3D打印9-11
• 1.1.1 激光快速成形技术9-10
• 1.1.2 电子束熔化成形技术10-11
• 1.2 两相钛合金11-13
• 1.2.1 两相钛合金的组织形态11-12
• 1.2.2 不同组织的力学性能12-13
• 1.3 3D打印两相钛合金的研究现状13-16
• 1.3.1 国外研究现状14
• 1.3.2 国内研究现状14-16
• 1.4 本课题的主要研究目的及内容16-18
• 1.4.1 本课题的研究目的及意义16
• 1.4.2 本课题的主要研究内容16-18
• 第2章 3D打印两相钛合金显微组织研究18-39
• 2.1 引言18-19
• 2.2 试验条件19-20
• 2.2.1 试验材料19
• 2.2.2 试验设备19
• 2.2.3 试验方案19-20
• 2.3 试验结果20-35
• 2.3.1 激光快速成形TC4钛合金的显微组织20-25
• 2.3.1.1 沉积态20-23
• 2.3.1.2 热处理态23-25
• 2.3.1.3 热处理前后相形态变化25
• 2.3.2 激光快速成形TC11钛合金热处理后的显微组织25-28
• 2.3.3 激光快速成形TC18钛合金热处理后的显微组织28-30
• 2.3.4 电子束熔化成形TC18钛合金的显微组织30-35
• 2.3.4.1 沉积态30-33
• 2.3.4.2 热处理态（功率与沉积态时不同）33-35
• 2.4 组织形成机理35-38
• 2.4.1 宏观组织形成机理35-37
• 2.4.2 微观组织形成机理37-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 3D打印两相钛合金缺陷研究39-57
• 3.1 引言39
• 3.2 试验条件39-40
• 3.2.1 试验材料39
• 3.2.2 试验设备39-40
• 3.2.3 试验方案40
• 3.3 缺陷类型40-55
• 3.3.1 气孔类缺陷40-43
• 3.3.1.1 气孔类形貌特征观察40-41
• 3.3.1.2 气孔类缺陷对周围区域影响分析41-43
• 3.3.1.3 气孔类缺陷形成原因分析43
• 3.3.2 高密度夹杂43-46
• 3.3.2.1 钨夹杂形貌特征观察43-44
• 3.3.2.2 钨夹杂对周围区域影响分析44-45
• 3.3.2.3 钨夹杂形成原因分析45-46
• 3.3.3 未熔合缺陷46-50
• 3.3.3.1 未熔合缺陷形貌特征观察46
• 3.3.3.2 未熔合缺陷对周围区域影响分析46-49
• 3.3.3.3 未熔合缺陷形成原因分析49-50
• 3.3.4 冷隔缺陷50-53
• 3.3.4.1 冷隔缺陷形貌特征观察50
• 3.3.4.2 冷隔缺陷对周围区域的影响分析50-52
• 3.3.4.3 冷隔缺陷形成原因分析52-53
• 3.3.5 未熔粉末颗粒53-55
• 3.3.5.1 未熔粉末颗粒形貌特征观察53
• 3.3.5.2 未熔粉末颗粒对周围区域影响分析53-55
• 3.3.5.3 未熔粉末颗粒形成原因分析55
• 3.4 本章小结55-57
• 第4章 3D打印两相钛合金疲劳断裂行为研究57-76
• 4.1 引言57
• 4.2 试验条件57-58
• 4.2.1 试验材料57-58
• 4.2.2 试验设备58
• 4.2.3 试验方案58
• 4.3 试验结果58-74
• 4.3.1 锻造两相钛合金的疲劳断裂58-60
• 4.3.2 激光快速成形TC11钛合金的疲劳断裂60-66
• 4.3.3 电子束熔化成形TC18钛合金的疲劳断裂66-72
• 4.3.4 不同加载方向 3D打印两相钛合金疲劳寿命分析72-73
• 4.3.5 气孔缺陷对 3D打印两相钛合金疲劳断裂的影响73-74
• 4.4 本章小结74-76
• 第5章 3D打印两相钛合金缺陷的检测76-85
• 5.1 引言76
• 5.2 试验条件76-77
• 5.2.1 试验材料76
• 5.2.2 试验设备76
• 5.2.3 试验方案76-77
• 5.3 试验准备77-81
• 5.3.1 3D打印材料不同方向的声速差异77
• 5.3.2 不同成形方向组织特征及其对超声检测的影响77-78
• 5.3.3 不同成形方向的缺陷分布特征78-79
• 5.3.4 异常信号的超声检测与金相对比分析79-81
• 5.4 试验结果81-84
• 5.4.1 荧光检测结果81-82
• 5.4.2 超声C扫描检测结果82-83
• 5.4.3 CT检测结果83-84
• 5.5 本章小结84-85
• 第6章 总结85-87
• 参考文献87-90
• 攻读硕士学位期间发表论文和参与科研情况说明90-91
• 致谢91-92

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