鈦合金電子束快速成形缺陷形成機(jī)理研究.pdf

1、電子束快速成形技術(shù)(Electron Beam Freeform Fabrication—EBF3)是一種采用高能電子束作為熱源，熔化同步送進(jìn)的絲材，逐層堆積制造出任意復(fù)雜形狀金屬零件的新型增材制造技術(shù)。國(guó)內(nèi)外鮮有關(guān)于電子束快速成形過(guò)程中缺陷機(jī)理方面的研究。本文以TC4鈦合金為研究對(duì)象，開展了電子束快速成形堆積體未熔合、氣孔缺陷的實(shí)驗(yàn)和理論研究，探討了缺陷的形成機(jī)理。所取得的創(chuàng)新成果和工作如下：
　　(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及成形特點(diǎn)

2、，提出了EBF3工藝未熔合缺陷的四種形成模式。根據(jù)其中的相鄰沉積體間形成間隙的方式，建立了未熔合的傳熱、流動(dòng)和自由界面演化耦合數(shù)學(xué)模型，動(dòng)態(tài)模擬了未熔合的產(chǎn)生過(guò)程。對(duì)未熔合產(chǎn)生過(guò)程的溫度場(chǎng)、流動(dòng)場(chǎng)和自由界面形貌進(jìn)行了詳細(xì)分析，探討了未熔合缺陷形成機(jī)理。
　　(2)通過(guò)光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和能譜成分分析，發(fā)現(xiàn)EBF3成形的鈦合金堆積體氣孔主要可分為三種類型。其中，內(nèi)壁光滑Ⅰ型氣孔呈規(guī)則圓球形，內(nèi)表面光滑，多位于熔合線附近。內(nèi)壁球狀組

3、織Ⅱ型氣孔具有大致光滑連續(xù)的球形邊緣，內(nèi)壁部分區(qū)域聚集直徑1μm到60μm的球狀組織。對(duì)氣孔進(jìn)行微區(qū)成分分析，發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)Al含量與基材相比減少了，氣孔內(nèi)表面Al元素的含量從6.00％降低到3.00%，在球形組織上僅為3.79%；而氣孔內(nèi)表面V的含量相比較基材的4.00%增加到12.06%，球形組織上 V的含量則降低到2.76%。內(nèi)壁不規(guī)則組織Ⅲ型氣孔粗大且形狀不規(guī)則，內(nèi)壁組織粗糙，呈撕裂狀。
　　(3)提出了鈦合金堆積體氣孔的可能形