2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、激光選區(qū)熔化(SLM)工藝是一種以預(yù)置鋪粉、分層制造、疊加成形原理進行“增材”式三維加工的高端數(shù)字化制造技術(shù)。它突破了現(xiàn)有制造技術(shù)對構(gòu)件形狀的限制,能夠?qū)崿F(xiàn)功能、結(jié)構(gòu)、制造的一體化,是解決航空航天Ti-6Al-4V合金復(fù)雜精密構(gòu)件制造極具潛力的方法之一。但是,SLM技術(shù)逐點逐線逐層的沉積方式產(chǎn)生了由多重非穩(wěn)態(tài)水平和垂直熱循環(huán)構(gòu)成的獨特復(fù)雜熱歷史,從而導致成形過程中Ti-6Al-4V合金的顯微組織演變和調(diào)控都處于未知狀態(tài)。
  因此

2、,本文首先通過實驗系統(tǒng)研究了SLM水平、垂直熱循環(huán)以及復(fù)雜熱歷史下成形的Ti-6Al-4V合金的顯微組織特征,然后結(jié)合熱力學和動力學計算提出了Ti-6Al-4V合金在SLM復(fù)雜熱歷史中的顯微組織演變機理,并借助元胞自動機數(shù)值模型模擬了顯微組織的演變過程。最后,基于實驗結(jié)果、理論分析和數(shù)值模擬,通過優(yōu)化SLM工藝和設(shè)計熱處理制度調(diào)控顯微組織,改善拉伸性能和耐腐蝕性能。主要結(jié)論如下:
  SLM成形Ti-6Al-4V單道熔池的形貌、尺

3、寸、熔化模式和顯微組織受工藝參數(shù)影響。隨著激光能量密度的減小,熔池形貌由“V”形轉(zhuǎn)變?yōu)椤癠”形,熔池尺寸不斷減小,熔化模式由小孔模式轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲗J?。SLM成形單道熔池由熔化區(qū)(α′)、過渡區(qū)(α′+β)和熱影響區(qū)(α+β)組成。通過引入粉末層厚,本文修正了熔池模式轉(zhuǎn)變閾值,即當激光能量密度Ev≥kTb√π3、0.865AmD時,熔化模式為小孔型,反之則為傳導型。
  SLM成形Ti-6Al-4V合金的顯微組織演變與熱循環(huán)的方向(水

4、平或垂直)無關(guān),而與其峰值溫度(TP)和頻次有關(guān)。峰值溫度大于液相線溫度(TL)的水平熱循環(huán)會產(chǎn)生較粗大馬氏體組成的搭接區(qū),而TP>TL的垂直熱循環(huán)可以細化馬氏體尺寸,提高顯微硬度。增加TP>TL熱循環(huán)的次數(shù),這種效應(yīng)不斷增強。而的熱循環(huán)對顯微組織影響較弱。垂直熱循環(huán)通常產(chǎn)生更高頻次TP>TL的熱循環(huán),因而其比水平熱循環(huán)對顯微組織演變的影響更顯著。Tp>TL水平熱循環(huán)的頻次可根據(jù)熔池寬度和掃描間距計算?;赟LM工藝參數(shù),Tp>TL垂直

5、熱循環(huán)的頻次可根據(jù)當前層的熔化深度(dp)計算:此處為公式省略
  當施加高頻次的水平和垂直熱循環(huán)后,SLM成形的塊體Ti-6Al-4V合金的顯微組織由柱狀原始β晶粒內(nèi)尺寸分級的馬氏體α′陣列結(jié)構(gòu)組成,包括一次、二次、三次和四次馬氏體α′。一次和二次馬氏體α′的長度、厚度和長徑比主要分布在10~70μm,1.0~2.0μm和5~40范圍內(nèi),長度方向與生長方向主要呈-30~-60°或30~60°關(guān)系。掃描間距與馬氏體長度和長徑比呈線

6、性正相關(guān)關(guān)系,而掃描速度與馬氏體尺寸呈二次函數(shù)關(guān)系。根據(jù)峰值溫度所達到的相變特征溫度,將SLM復(fù)雜熱歷史中的熱循環(huán)分為五類,分別為TP>TL,這五類熱循環(huán)中,Ti-6Al-4V合金將經(jīng)歷不同的相變行為,最終形成一次、二次、三次和四次馬氏體組織。而SLM多重熱循環(huán)的工藝特點、Ti-6Al-4V合金包括α和β兩種形成元素的成分特點、以及SLM試樣中高密度位錯的結(jié)構(gòu)特點,是形成這種獨特馬氏體結(jié)構(gòu)的本質(zhì)原因。
  通過元胞自動機法成功建立

7、了SLM成形Ti-6Al-4V顯微組織演變的數(shù)值模型,并模擬了Ti-6Al-4V合金單道單層、多道單層、單道多層和多道多層試樣的顯微組織演變過程,能與實驗結(jié)果較好吻合。根據(jù)模擬,Ti-6Al-4V合金在SLM成形過程中將經(jīng)歷“三區(qū)四段”,“三區(qū)”包括熔化區(qū)、重熔區(qū)、再加熱區(qū);“四段”包括粉末熔化階段、兩相共存階段、多重相變階段和固態(tài)相變階段。SLM成形Ti-6Al-4V合金過程中原始β晶粒存在六種演變情況:(Ⅰ)消失;(Ⅱ)形貌明顯變化

8、;(Ⅲ)晶粒長大后趨于穩(wěn)定;(Ⅳ)尺寸逐漸長大;(Ⅴ)尺寸減小后趨于穩(wěn)定;(Ⅵ)沒有發(fā)生明顯演變。
  優(yōu)化SLM工藝可以促進少量韌性相α的形成,而熱處理可以獲得α+β雙態(tài)組織。因此,相比于優(yōu)化SLM工藝,熱處理更能顯著調(diào)控顯微組織中的相組成、形貌、含量、尺寸和亞結(jié)構(gòu)等。800~900℃熱處理后爐冷是較適合SLM成形Ti-6Al-4V合金的熱處理制度,可獲得的尺寸細小的雙態(tài)α+β混合組織,其屈服強度、抗拉強度和延伸率分別可達到10

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