送粉式和送丝式的钛合金激光增材制造特性研究

发布时间：2017-04-25 02:06

  本文关键词：送粉式和送丝式的钛合金激光增材制造特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：TC4作为一种最常见、应用最为广泛的钛合金，其使用量已经占到全世界钛消费品的50%以上。钛合金的传统制造技术存在很多缺点，比如容易产生粘刀、崩刀，需要大型锻压设备，生产周期长，材料利用率低，制造成本高，而且难以制造复杂形状的结构件等一系列问题。激光增材制造，也被称为激光3D打印，是一种通过层层堆积的方式将数字化模型直接制造出实体零件的一种技术。为钛合金制备提供了一种的低成本、短周期、高质量的途径，在航空航天、生物医学等领域具有重要的应用前景。 本文主要采用同轴送粉和旁轴送丝两种沉积方式进行了TC4的激光增材制造研究，对两种方式的工艺特性、组织、性能等方面进行了研究，同时研究了热处理工艺对成形件组织和性能的影响，最后对两种方式进行了比较。 在送粉式激光增材制造特性研究中，分析了激光功率、扫描速度等主要工艺参数对成形尺寸的影响规律，确立合理的工艺窗口范围；在立体成形特性研究中，重点研究了柱状晶定向外延生长的机理和工艺控制；对沉积态TC4进行了室温力学性能测试与评价。 通过金相、SEM组织观察及断口分析等手段研究了沉积态TC4的组织特征，表明其宏观组织主要是定向生长的柱状晶。微观组织全是魏氏组织，同时还发现层带组织的存在并解释了其形成机理。对沉积态TC4进行了热处理工艺研究，并分析其组织和性能的演变。研究表明，通过热处理工艺优化后的TC4成形件综合性能超过了铸件、锻件标准。 针对送丝式激光增材制造TC4存在的工艺难点，如光丝对中性、粘丝、丝的球化、层间未熔合等问题，，通过设备改进和工艺优化加以解决。研究了工艺参数对成形尺寸的影响规律，确立了送丝式的工艺窗口范围；从工艺控制、组织特征和性能评价三方面对送丝式立体成形特性进行了研究；从工艺窗口和内部缺陷、组织和性能、尺寸精度和表面精度、效率、经济性五方面比较了送粉式和送丝式激光增材制造的优缺点。
【关键词】：TC4钛合金 激光增材制造 送粉和送丝 工艺 组织和性能
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG66
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-17
• 1.2.1 激光增材制造技术的原理及分类10-12
• 1.2.2 激光增材制造技术的发展及现状12-13
• 1.2.3 送粉式激光增材制造钛合金13-15
• 1.2.4 送丝式激光增材制造钛合金15-17
• 1.3 本文的主要研究内容17-18
• 第2章 试验条件及方法18-23
• 2.1 试验材料18
• 2.2 试验设备18-20
• 2.3 激光增材制造过程20-21
• 2.4 组织观察21
• 2.5 性能测试21-23
• 第3章 送粉式激光增材制造TC4 成形工艺特性研究23-38
• 3.1 引言23
• 3.2 基础工艺特性23-26
• 3.3 立体成形工艺特性26-32
• 3.3.1 成形特征26-27
• 3.3.2 晶体定向生长技术及控制理论27-29
• 3.3.3 激光功率对柱状晶形态的影响29-30
• 3.3.4 扫描速度对柱状晶形态的影响30-31
• 3.3.5 扫描方向对柱状晶形态的影响31-32
• 3.4 成形件的性能评价32-36
• 3.4.1 不同激光功率下的力学性能32-33
• 3.4.2 不同扫描速度下的力学性能33-34
• 3.4.3 不同取样方向下的力学性能34-36
• 3.4.4 不同扫描方式下的力学性能36
• 3.5 本章小结36-38
• 第4章 送粉式激光增材制造TC4 组织及热处理工艺研究38-52
• 4.1 引言38
• 4.2 钛合金的组织与相变原理38-40
• 4.3 沉积层组织特征40-46
• 4.3.1 定向外延生长的柱状晶40-41
• 4.3.2 魏氏组织的形成41-43
• 4.3.3 层带的形成43-46
• 4.4 热处理工艺对TC4 成形件组织和性能的影响46-51
• 4.4.1 热处理原理及工艺46-48
• 4.4.2 热处理后的力学性能48-49
• 4.4.3 热处理后的组织演变49-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第5章 送丝式激光增材制造TC4 特性研究52-64
• 5.0 引言52
• 5.1 工艺难点与解决措施52-54
• 5.2 基础工艺特性54-55
• 5.3 立体成形特性研究55-60
• 5.3.1 成形特性55-56
• 5.3.2 工艺控制与组织特征56-59
• 5.3.3 性能评价59-60
• 5.4 送粉式和送丝式的比较60-62
• 5.4.1 工艺窗口与内部缺陷60-61
• 5.4.2 组织和性能61
• 5.4.3 尺寸精度和表面精度61-62
• 5.4.4 效率62
• 5.4.5 经济性62
• 5.6 本章小结62-64
• 结论64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70

【参考文献】

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本文编号：325381