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304/SA-738异种钢磁控窄间隙TIG焊接工艺及组织性能研究

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304/SA-738异种钢磁控窄间隙TIG焊接工艺及组织性能研究

作者：陈名亮哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

异种钢的焊接可以把不锈钢的优秀机械性能和低合金钢的经济性等结合起来,充分利用不同材料的优良性能,在实现良好焊接质量的基础上,能使焊接构件具备超出单一材料的综合力学性能。本文采用恒定磁场电弧偏转的焊接方法进行异种钢窄间隙焊... 详细信息

异种钢的焊接可以把不锈钢的优秀机械性能和低合金钢的经济性等结合起来,充分利用不同材料的优良性能,在实现良好焊接质量的基础上,能使焊接构件具备超出单一材料的综合力学性能。本文采用恒定磁场电弧偏转的焊接方法进行异种钢窄间隙焊接,使用ER316L和ER50-6焊丝填充,获得无缺陷的交织接头,与常规TIG焊接相比,减缓了异种钢焊接中存在的未熔合区、富碳区、接头熔合边界处元素分布不均匀等问题,利用交织接头提高了焊缝抗拉强度。首先设计了磁控窄间隙焊炬,使焊枪整体结构更紧凑,满足窄间隙坡口内焊接的尺寸要求;不仅能提供足够的磁场强度使电弧产生明显偏转,还可以满足异种钢中SA-738碳钢的保护效果要求,进而能够实现成形良好,无焊接缺陷的异种钢焊接。采用高速摄像对异种钢坡口内的电弧形态进行了研究,发现电弧形态明显受到焊接电流、励磁电流、钨极高度的影响,使电弧在异种钢坡口内的侧壁偏转高度发生明显变化。由于两侧母材存在电磁性的差异,磁性侧壁会对电弧有较强的吸引力,导致不同填充层的焊接工艺有所差别,对不同填充层的研究需要分开进行。同时焊接电流、励磁电流、钨极高度等的变化也会影响着坡口内电弧压力的分布和电压波形,使得电弧压力在坡口底部和侧壁上的分散情况不同,而其中钨极高度变化所带来的影响最为明显。基于对电弧行为的研究,对异种钢坡口内的填充层进行了不同参数下的研究,最终得到焊缝截面较为均匀,成形良好无缺陷的填充层工艺参数。采用异种钢磁控窄间隙TIG焊接工艺对20mm厚304/SA-738异种钢进行了焊接,焊接过程稳定,焊缝成形良好,得到了无缺陷的交织接头。同时与采用常规TIG焊接方法所得到的ER316L和ER50-6接头进行力学性能与微观组织的对比,发现三个接头的抗拉强度均超过了所用填充金属的抗拉强度,但只有交织接头的拉伸断裂位置位于母材处,且交织接头的强塑性最好。但交织接头的显微硬度相比于其他两个接头之下,在中间层及焊缝中心会分布的更为不均匀。交织接头相互交叉生长的焊缝组织为其带来了较好的强塑性,并在微观组织上减缓了富碳区和未混合区的现象,而其他两个接头会出现富碳区或未混合区,影响接头的性能。对交织接头、ER316L接头、ER50-6接头三者的焊缝界面元素分布进行对比分析,发现交织接头各界面处的化学元素分布都比较均匀,而ER316L接头和ER50-6接头都会在其中一侧的热影响区上发生化学元素含量的突变。对常规TIG和恒定磁场电弧偏转两种方法进行了温度场测量。相比于常规TIG的窄间隙焊接方法,本文采用的恒定磁场电弧偏转的新方法改变了坡口内的热量分布,让热量更多集中在坡口侧壁的同时减小底部热输入。

关键词：焊炬设计窄间隙电弧行为磁控焊接工艺焊缝截面组织性能

预氧化技术对NiAl激光熔覆涂层组织及性能的影响分析

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山西冶金 2024年第1期47卷 30-31,83页

作者：刘志坚中钢招标有限责任公司北京100089

深入探讨预氧化技术对NiAl激光熔覆涂层的影响,包括涂层的组织结构和硬度、摩擦系数、耐磨性等关键性能指标。实验结果表明,经预氧化技术处理后,NiAl激光熔覆涂层除了NiAl主相外,还新增了Al_(2)O_(3)物相,且涂层硬度在NiAl涂层的基础上... 详细信息

深入探讨预氧化技术对NiAl激光熔覆涂层的影响,包括涂层的组织结构和硬度、摩擦系数、耐磨性等关键性能指标。实验结果表明,经预氧化技术处理后,NiAl激光熔覆涂层除了NiAl主相外,还新增了Al_(2)O_(3)物相,且涂层硬度在NiAl涂层的基础上提升了约20%,摩擦因数降低了约23%,同时耐磨性得到显著提升。由此得出,通过预氧化技术使NiAl激光熔覆涂层实现了从组织结构到性能的良性转变,有较高的实践应用价值。

关键词：预氧化技术 NiAl激光熔覆涂层组织性能

TC4钛合金激光自熔焊接头组织性能及焊后超声冲击强化研究

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TC4钛合金激光自熔焊接头组织性能及焊后超声冲击强化研究

作者：林靖宇江苏科技大学

学位级别：硕士

TC4钛合金作为一种双相钛合金,兼具α型和β型钛合金的优良性能,具有低密度、高强韧比和优异的耐蚀性能,常作为耐热耐高压结构件被广泛的应用于航空航天等领域,结构件的应用离不开焊接,激光焊接技术相对于传统焊接技术具有高能量密度、... 详细信息

TC4钛合金作为一种双相钛合金,兼具α型和β型钛合金的优良性能,具有低密度、高强韧比和优异的耐蚀性能,常作为耐热耐高压结构件被广泛的应用于航空航天等领域,结构件的应用离不开焊接,激光焊接技术相对于传统焊接技术具有高能量密度、焊道窄、易于自动化等诸多优势,适用于钛合金的薄板焊接,但TC4钛合金在焊接过程中需要严格的惰性气体保护,以防止接头被空气污染。超声冲击作为一种表面强化技术,由于其操作便捷,对材料表面的强化效果显著等优点,常被应用于焊接接头的强化,能有效的降低接头残余应力,提高接头力学性能。本文针对3mm厚的TC4钛合金进行了激光自熔平板对接焊试验,设计了适用于钛合金平板对接激光自熔焊的正面保护装置,并进行了气体保护工艺试验。重点对3mm厚TC4钛合金激光自熔焊进行了工艺参数优化,分析其组织性能特点。随后对接头进行了超声冲击强化试验,研究了超声冲击强化对接头组织性能以及对接头残余应力的影响。本试验所设计的正面气体保护装置保护效果良好,该保护装置的最佳保护工艺参数为:提前通气时间为1.5min,保护气流量为25L/min。对比用本试验设计的保护装置和喷嘴直接保护的两组接头发现:在相同的焊接工艺参数下,用保护装置保护的接头表面呈银白色,无明显缺陷,接头抗拉强度与断后延伸率均高于用喷嘴直接保护的接头;用喷嘴直接保护的接头被空气污染,出现了下塌、气孔、焊缝中部收缩和焊缝中心的组织粗大等缺陷,焊缝中心存在的氧化物和夹杂物导致接头各区域硬度上升,断后延伸率严重下降,力学性能有所降低。选用接头抗拉强度和断后延伸率作为指标对正交试验的结果进行极差分析,结果表明:激光功率的变化对接头的抗拉强度和断后延伸率影响不显著,最佳工艺参数为:激光功率P=2.5k W、焊接速度v=20mm/s、离焦量Δf=0mm。焊缝中心为粗大的β柱状晶,′针状马氏体呈篮网状分布,热影响区分为靠近焊缝中心的粗晶区与靠近母材的细晶区。最佳工艺参数下接头的抗拉强度和断后延伸率分别为1010MPa和9.82%,焊缝中心平均硬度为360HV,高于热影响区和母材。超声冲击后焊缝中心的表面粗糙度明显降低,经过200%覆盖率的冲击后平均粗糙度Ra由原始的0.811μm降低到了0.26μm。超声冲击后焊缝中心0～1.5mm厚度范围内的柱状晶发生了塑性流动,柱状晶被拉长,冲击覆盖率为300%时柱状晶尺寸相对原始态降低了33.60%。超声冲击使材料表面生成了一层10～30μm不等的塑性变形层,表层柱状晶内部α相出现破碎、弯曲。随着冲击覆盖率的提高焊缝中心表层平均显微硬度提升越大,最大提升了5.40%,对硬度的最大影响深度达到了1.2mm。TC4钛合金激光焊接头呈拉应力状态,超声冲击引入了残余压应力。随着冲击覆盖率增加,残余压应力值越大,覆盖率为300%时引入的最大残余压应力值为-433MPa。双面冲击相对于单面冲击更能有效地降低残余应力。

关键词： TC4钛合金激光自熔焊气体保护组织性能超声冲击强化

亚稳beta钛合金双相组织室温成形及热处理组织性能研究

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亚稳beta钛合金双相组织室温成形及热处理组织性能研究

作者：王振内蒙古工业大学

学位级别：硕士

亚稳β钛合金具有密度低、比强度高以及成形能力好等优异的综合特征被广泛用于航空航天领域,其力学性能与微观组织有着密切的联系,细晶强化是改善合金力学性能的一种重要手段,它可以同时提升材料的强度和塑性;在航空航天领域还可以提高... 详细信息

亚稳β钛合金具有密度低、比强度高以及成形能力好等优异的综合特征被广泛用于航空航天领域,其力学性能与微观组织有着密切的联系,细晶强化是改善合金力学性能的一种重要手段,它可以同时提升材料的强度和塑性;在航空航天领域还可以提高航空发动机的耐热性能和抗疲劳性能,从而延长材料使用寿命。本文以TB8合金为研究对象,在轧制前对合金进行双相区固溶处理(以下称轧前固溶),然后进行双相组织下室温轧制,并对轧制后的合金进行退火处理,分析了初始组织状态及热处理工艺对显微组织和力学性能的影响。对双相组织室温成形TB8冷轧薄板进行显微组织观察发现,轧前固溶产生的α相在室温轧制后沿变形方向被拉长。对变形合金进行退火处理,结果表明:沿轧向发生变形的α相再结晶球化分解形成一定数量的等轴状α相,这种等轴状的α相弥散分布在β晶界周围,对β晶界的迁移有较强的抑制作用,导致在退火组织中发现了大量细小的β亚晶粒(部分或完全被2°～15°的小角度晶界所包围的区域),并随退火时间的延长,β亚晶尺寸逐渐增大。对不同退火时间的织构进行观察,退火时间为2min时观察到了强度为15.5的{116}织构,退火时间为10min时观察到了强度为17的{001}立方织构;退火时间为30min和60min时观察到了强度分别为27.8、23.9的{001}λ织构;退火时间为240min时观察到了强度分别为40.1和12.9的{111}γ织构和{112}α织构。退火温度对合金微观组织也有较大影响,当退火温度在710℃～750℃范围内,随退火温度的升高,α相和β相再结晶程度均逐渐增大,β亚晶平均尺寸由0.86μm增至1.02μm,同时亚晶尺寸分布跨度减小,尺寸均匀性由于退火温度的升高而得到了一定的改善;当退火温度升高至770℃～810℃范围内,由于退火温度的升高和β晶界迁移的阻碍——α相消失,β亚晶尺寸与退火温度在710℃～750℃范围的亚晶尺寸相比变化较大,在退火温度为770℃时β亚晶平均尺寸便达到了21.20μm。研究了初始组织状态对合金退火行为的影响。结果表明:对比了合金退火前两种初始组织状态,分别为轧前固溶态和轧态。发现轧前固溶态中的α相数量随轧前固溶温度提高而减少;当对其进行轧制处理后α相沿变形方向被拉长并趋于紧密排列,但随轧前固溶温度提高,紧密排列程度降低,α相彼此之间间距变大。观察了轧前固溶温度下对应的退火组织中两相的再结晶行为,轧前固溶温度对退火组织中α相的再结晶行为影响不大。较低轧前固溶温度的初始组织中α相含量较高,进行退火处理后组织中的β相细小且均匀,再结晶程度相对较大。研究轧前固溶温度、退火时间、退火温度对合金力学性能的影响。结果表明:轧前固溶温度对合金退火组织的力学性能影响较小,提高轧前固溶温度,屈服强度和抗拉强度降低,延伸率增加。退火温度和退火时间对合金力学性能影响较大,延长退火时间,屈服强度和抗拉强度减小,延伸率呈先增后减的趋势,这是由于在退火初期得到了均匀细小β亚晶,导致强度变化不大的同时塑性得到提升。但随时间的延长亚晶粒合并长大,内部组织均匀性变差导致合金强度和塑性同时降低。升高退火温度,屈服强度和抗拉强度增大,延伸率降低;这是由于α相随退火温度升高逐渐消失,对β晶界迁移的抑制作用减弱,室温拉伸变形时合金内部组织变形的阻碍减少。

关键词：亚稳β钛合金室温成形热处理再结晶组织性能

激光熔覆TiC颗粒增强Fe基梯度涂层的耐磨性能

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稀有金属材料与工程 2024年第3期53卷 632-642页

作者：刘鹏宇李辉张瑞华肖梦智魏小红尹燕屈岳波路超钢铁研究总院中国北京100081 阳江市五金刀剪产业技术研究院广东阳江529533 四川轻化工大学过程装备与控制工程四川省高校重点实验室四川自贡643000 兰州理工大学材料科学与工程学院甘肃兰州730050 广东海洋大学材料科学与工程学院广东阳江529500

采用激光熔覆的方法将TiC颗粒增强铁基粉末熔覆在40Cr钢基体上制备高硬度耐磨梯度陶瓷涂层。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、摩擦磨损试验机对熔覆层的微观组织、物相、硬度及耐磨性进行研究。结果表明... 详细信息

采用激光熔覆的方法将TiC颗粒增强铁基粉末熔覆在40Cr钢基体上制备高硬度耐磨梯度陶瓷涂层。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度计、摩擦磨损试验机对熔覆层的微观组织、物相、硬度及耐磨性进行研究。结果表明:熔覆层物相主要为奥氏体相、TiC强化相,并有少量铁素体相,激光熔覆TiC颗粒增强粉末制备的金属陶瓷涂层组织致密、物相与粉末组成基本一致;TiC强化相在熔池底部到顶部呈梯度分布,熔池中TiC强化相部分溶解、尺寸减小,部分受激光热作用长大呈四方形、雪花状、鱼骨状,TiC相在熔池底部呈现3种生长方式,且TiC增强相分布较少,熔池中部TiC增强相逐渐增多,熔池上部TiC增强相出现富集并桥接生长;熔覆层维氏硬度HV高达19602.94 MPa,同等条件下,涂层的摩擦磨损深度为基体的1/5,显著提高了基体的耐磨性。

关键词：激光熔覆 TiC 金属陶瓷组织性能

稀土钇对GCr15轴承钢夹杂物及组织性能的影响

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稀土钇对GCr15轴承钢夹杂物及组织性能的影响

作者：付瑜江西理工大学

学位级别：硕士

轴承是机械传动不可或缺的钢铁“关节”,轴承用钢是公认的“钢中之王”,轴承钢的洁净度和均匀性是影响轴承长寿化的主要因素。本论文以GCr15轴承钢为研究对象,通过热力学计算分析及实验室实验,研究了稀土Y对钢中夹杂物及组织性能的影响... 详细信息

轴承是机械传动不可或缺的钢铁“关节”,轴承用钢是公认的“钢中之王”,轴承钢的洁净度和均匀性是影响轴承长寿化的主要因素。本论文以GCr15轴承钢为研究对象,通过热力学计算分析及实验室实验,研究了稀土Y对钢中夹杂物及组织性能的影响规律,同时,探讨了稀土Y微合金化处理GCr15钢的热处理工艺。主要研究结果如下:1、通过热力学计算分析及扫描电镜能谱分析,未添加稀土的试验钢中夹杂物主要为AlO夹杂物,Mn S夹杂物及以AlO为核心析出的Mn S-AlO复合夹杂物,AlO夹杂在钢液中生成,Mn S夹杂在凝固过程中生成。稀土Y微合金化处理GCr15钢中主要夹杂物为钇氧化物,钇氧硫化物,钇硫化物,以及少量稀土复合夹杂物。在钢中稀土含量较少时,会存在以稀土氧硫化物为核心析出的Mn S-REOS的包裹型复合夹杂物。YO、YOS、YS夹杂物可以在钢液中析出,而YS夹杂物不能在钢液中析出。试验钢中AlO夹杂物经稀土改性后转化为稀土氧化物和稀土氧硫化物,稀土试验钢中夹杂物多为小尺寸且形状规则的球形稀土夹杂物。2、通过添加稀土Y,GCr15轴承钢铸态及锻打后珠光体片层间距减小,淬火后奥氏体晶粒尺寸由17.16μm减小到12.09μm,晶粒度由8.44级提高到9.34级。稀土GCr15轴承钢经不同回火工艺处理后,碳化物尺寸、面积分数与回火时间及回火温度都呈正相关。稀土Y的添加可以改善第二相碳化物尺寸及形貌,促进碳化物的球化过程,使其更加细小化、弥散化分布。3、通过添加稀土Y,GCr15轴承钢铸态、锻打及退火态的硬度与其未加稀土的相比都得到明显改善,铸态硬度提高了14.15%,锻打硬度提高了13.69%,退火态硬度提高了3.4%。GCr15轴承钢在不同回火工艺条件下的硬度及冲击性能测试结果表明,当稀土Y含量为86 ppm,回火温度为170℃,保温时间为3 h时,GCr15轴承钢整体性能最佳。

关键词：轴承钢稀土Y 夹杂物组织性能热处理

AZ31B镁合金温轧轧制模拟及组织性能研究

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AZ31B镁合金温轧轧制模拟及组织性能研究

作者：刘志野太原科技大学

学位级别：硕士

变形镁合金具有较高的强度、延展性和韧性,适合于工程应用。然而,由于镁合金为密排六方结构,其加工成形难度较大,板带材产品一直没得得到规模化应用。因此,开发适用于镁合金薄板的高效加工技术至关重要。温轧即是一种有效的成形加工方... 详细信息

变形镁合金具有较高的强度、延展性和韧性,适合于工程应用。然而,由于镁合金为密排六方结构,其加工成形难度较大,板带材产品一直没得得到规模化应用。因此,开发适用于镁合金薄板的高效加工技术至关重要。温轧即是一种有效的成形加工方法。通过合理控制轧制温度和压下率等,可以在保证其成形性的前提下,获得具有良好力学性能的板材。本文以AZ31B镁合金薄板带材温轧为研究对象,采用晶体塑性有限元模拟与实验研究相结合的方法,分析轧制工艺对镁合金薄板带材织构演变、显微组织及力学性能的影响规律。主要研究内容和结论如下:(1)开发了适用与AZ31B镁合金的晶体塑性本构关系模型,利用VUMAT将所开发的本构关系嵌入到ABAQUS主程序中,建立了AZ31B镁合金薄板轧制过程的晶体塑性有限元模型。(2)对AZ31B镁合金薄板单道次温轧过程进行了模拟,分析了轧制温度和压下量等工艺参数对板材轧制过程中轧制力、应力分布及不同初始方向晶粒的滑移和孪生变形的影响。(3)利用晶体塑性有限元方法,对AZ31B镁合金薄板温轧过程的织构进行了模拟,分析了轧制温度和压下量等工艺参数对织构演变的影响。(4)利用具备轧辊温度控制功能的二辊轧机对厚度为0.5mm的AZ31B镁合金进行了不同温度和压下量的单道次温轧实验,对其进行了微观组织观察及力学性能测试,并与晶体塑性有限元模拟结果进行了对比,表明所建立的晶体塑性有限元模型可以用于温轧过程塑性变形机制和织构演变的模拟分析。

关键词：晶体塑性有限元镁合金薄板温轧织构组织性能

原位自生2024/TiB2复合材料制备及其组织性能研究

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原位自生2024/TiB2复合材料制备及其组织性能研究

作者：张帅博合肥工业大学

学位级别：硕士

随着科学技术的飞速发展,工业中对合金的性能需求也在不断提升。铝基复合材料具有密度低、比强度高和高耐磨等特点,而且具有可设计性,因此在航空航天等高新技术领域有着广阔的用途。本文以2024合金为基体,反应体系为KBF、KTi F,借助机... 详细信息

随着科学技术的飞速发展,工业中对合金的性能需求也在不断提升。铝基复合材料具有密度低、比强度高和高耐磨等特点,而且具有可设计性,因此在航空航天等高新技术领域有着广阔的用途。本文以2024合金为基体,反应体系为KBF、KTi F,借助机械搅拌和Ce O对混合盐反应法(LSM)法进行改良,制备出2024/TiB颗粒增强铝基复合材料。利用控制变量法确定复合材料的热处理和热挤压的最优参数;并探究了铸态、T6态、挤压态和挤压+T6态复合材料显微组织和力学性能,得到如下结论:1.通过机械搅拌和添加Ce O2对LSM法进行优化,制备出TiB含量分别为1wt.%、3wt.%和5wt.%的复合材料;复合材料中增强相颗粒的形貌较好,颗粒团聚现象显著改善;2.铸态2024/TiB复合材料测试结果表明,添加TiB颗粒后复合材料的显微组织和力学性能均得到显著改善;当TiB添加量为3%时,组织中晶粒尺寸最小,且TiB颗粒分布均匀且无团聚,复合材料的抗拉强度和伸长率综合性能最优,分别为246MPa和9.8%;当TiB的添加量为5%时硬度最高,达119.7HBW;随着复合材料的中TiB含量的增加,断裂方式逐渐由韧性断裂变为脆性断裂;3.通过对比热处理参数下复合材料的硬度和金相组织变化,最终选定热处理参数为:固溶处理500℃/90min,时效处理180℃/10h;同时观察到随着复合材料中增强相颗粒含量的增加,固溶峰值逐渐右移,时效峰值逐渐左移;4.T6态2024/TiB复合材料的测试结果表明,T6热处理能改善复合材料的组织和性能;当TiB的含量为3wt.%时,抗拉强度最高为354MPa,较铸态提升43.9%;当TiB的含量为5wt.%时硬度最高,为134.6HBW;断口扫描表明,随着组织中TiB含量的增加,韧窝的尺寸逐渐变大,且韧窝深度更浅;5.通过实验对比得出3wt.%2024/TiB复合材料的热挤压参数如下:挤压前分级均匀化退火工艺:420℃/6h+510℃/24h;热挤压工艺挤压参数为:模具温度320℃,试样温度480℃,挤压速率0.001s,挤压压力为320MPa,挤压比9:1;6.挤压态2024/3wt.%TiB复合材料的测试结果表明,复合材料的内部组织沿挤压方向发生剧烈的塑性变形;挤压态复合材料抗拉强度和伸长率均大幅提升,分别达375MPa和19.7%,相比挤压前分别提升了52.6%和101%;挤压态复合材料硬度为117.7HBW,较挤压前提升不大。7.挤压+T6态的2024/3wt.%TiB复合材料测试结果表明,经T6处理后复合材料内部的强化相形貌发生显著改善;挤压+T6态复合材料的抗拉强度和伸长率可达440MPa和14.10%,硬度为129.7HBW。

关键词：铝合金原位自生复合材料热处理热挤压组织性能

TC4钛合金激光热丝增材制造工艺优化及组织性能研究

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TC4钛合金激光热丝增材制造工艺优化及组织性能研究

作者：王喆哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

钛及其合金由于具有密度低、室温及高温强度优秀、耐蚀性好等优势,常被用作航空航天材料。然而,钛合金成型加工强度高、塑性差、回弹严重,传统的减材制造方式加工难度高、浪费严重,迫切期待这一种全新的制备方法。增材制造作为一种新兴... 详细信息

钛及其合金由于具有密度低、室温及高温强度优秀、耐蚀性好等优势,常被用作航空航天材料。然而,钛合金成型加工强度高、塑性差、回弹严重,传统的减材制造方式加工难度高、浪费严重,迫切期待这一种全新的制备方法。增材制造作为一种新兴的成形技术,具有高效低消耗、易于制备复杂结构零件等特点,具有广阔的发展前景。然而,在钛合金增材制造中,一个显著存在的问题是增材组织性能的各向异性。由于增材过程定向冷却带来的强烈温度梯度,增材组织的外延生长使增材态钛合金的常见组织表现为粗大柱状晶,进而促使零件的力学性能存在显著的各向异性。为了解决增材制造钛合金中常见的组织性能各向异性问题,本课题以TC4钛合金为材料,采用激光热丝增材制造的方法对增材过程中的热输入进行调控,达到优化组织性能的目的。成形工艺研究结果表明,加入热丝后,激光热丝增材制造的成形过程更加稳定,成形质量得到改善。相较于激光熔丝增材制造,激光热丝增材制造由于引入了额外的热输入,达成稳定沉积所需激光功率降低,且热丝电流越大,与之匹配所需的激光功率越低,可实现小功率下的稳定沉积过程,在30A的热丝电流情况下,激光功率降低25%后能够达到稳定成形;由于焊丝进入熔池前预热,扩大了工艺的适应性,稳定成形的工艺窗口更宽,可以在更快的沉积速度下稳定成形,能够稳定沉积的沉积速度上限提高23%。而在单道多层薄壁成形过程中,激光热丝增材制造的沉积过程稳定性有所提升,加入热丝后薄壁试样成形质量改善,具体表现为表面粗糙度下降62.8%,有效宽度占比上升33.7%。研究了不同热丝电流对激光热丝增材制造TC4钛合金薄壁试样的组织性能影响规律。随着热丝电流增加,向熔池中的热输入相应降低,根据增材过程温度场结合凝固理论分析,熔池内部凝固前沿处的温度梯度与凝固速度均下降,而两者比值的下降促进了β晶粒的等轴生长而非常规钛合金增态中的外延柱状生长,使得粗大柱状晶转变为等轴晶与短柱状晶的混合,等轴晶粒面积分数由3.1%上升至37.47%,且晶粒取向的分布更加均匀,在施加不同方向载荷时裂纹拓展路径趋于一致,最终使力学性能各向异性显著改善,抗拉强度各向异性系数由1.036变至1.002,断后伸长率由0.772变至0.975。此外,更低的熔池热输入也使得热积累降低,增材过程中原位热处理的温度下降,进一步细化α相,使综合力学性能得到改善。最后进行了层间冷却时间对激光热丝增材制造TC4钛合金组织性能影响的研究。层间冷却时间越长,熔池温度梯度与凝固速度均增加,其中熔池温度梯度的增加占主导因素,等轴晶含量随冷却时间增加显著降低,面积分数由19.9%下降至10.9%,各向异性随之加剧,抗拉强度各向异性系数由1.005变至1.019,断后伸长率由0.997变至0.855。

关键词：激光热丝增材制造 TC4钛合金组织性能各向异性温度场