激光選區(qū)熔化近α鈦合金工藝基礎(chǔ)探究.pdf

1、激光選區(qū)熔化（Selective Laser Melting，SLM）是增材制造（3D打?。┲匾に嚪椒ㄖ弧LM利用高能激光束熔化金屬粉末，逐層堆積出致密、組織細(xì)小、成分均勻、性能優(yōu)異的近終形零件，特別適用于航空航天領(lǐng)域中鈦合金、鎳基高溫合金等具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)難加工零部件的成形。鈦及鈦合金因具有高比強(qiáng)度、良好的斷裂韌性、抗蠕變性及優(yōu)異的耐腐蝕性能而被廣泛地用作于航天航空關(guān)鍵零部件。隨著我國航空航天技術(shù)的快速發(fā)展，對材料性能提出了更高

2、的要求，尤其是材料的高溫性能。目前國內(nèi)外學(xué)者不斷研究和開發(fā)不同成分組成及微觀結(jié)構(gòu)的鈦合金以便滿足不同工況下的使用要求，而近α鈦合金作為一種先進(jìn)的發(fā)動機(jī)材料已具備在高溫下使用的能力。Ti-Al-Sn-Zr-Mo(Nb)-Si系近α高溫鈦合金近年來發(fā)展較為突出，已在航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)盤、葉片和機(jī)匣等關(guān)鍵部件中得到應(yīng)用，而Ti-5.5Al-3.4Sn-2.9Zr-0.7Mo-0.4Nb-0.35Ta-0.3Si是Ti-Al-Sn-Zr-Mo(N

3、b)-Si系的一種新型近α鈦合金。
　　本文以近α鈦合金粉末為成形材料，通過研究SLM不同工藝參數(shù)對成形件的形貌、致密度等的影響規(guī)律，得到了較優(yōu)的成形工藝參數(shù)。針對近α鈦合金在SLM成形過程中易開裂現(xiàn)象，研究了裂紋的產(chǎn)生機(jī)理及抑制方法，并通過實驗予以驗證。主要做了以下工作：
　　（1）優(yōu)化了近α鈦合金SLM成形工藝，研究結(jié)果表明，當(dāng)線能量密度區(qū)間為0.28～0.9J/mm時工藝參數(shù)對成形效果的影響不盡相同，線能量密度區(qū)間為0

4、.36～0.7J/mm時可成形出形貌平整、熔寬較寬的單道熔池，線能量密度低于0.36J/mm時，相對致密度隨著線能量密度的增加逐漸增大，且在0.36J/mm時達(dá)到最大值99.34％，線能量密度區(qū)間為0.36～0.55J/mm時試樣產(chǎn)生數(shù)微米的小孔，相對致密度穩(wěn)定在98%以上，當(dāng)線能量密度超過0.55J/mm時，試樣產(chǎn)生孔徑約50μm的孔隙及數(shù)微米的小孔和裂紋，相對致密度下降，最低為95.44%。
　　（2）研究了SLM成形近α鈦合

5、金裂紋開裂機(jī)理及抑制方法，結(jié)果表明，成形過程中側(cè)壁產(chǎn)生凹凸不平的缺口，同時生成少量的Ti3O、TiO、TiC等硬脆化合物及飛濺小球。受殘余應(yīng)力影響，裂紋起源于側(cè)壁缺口及小球處，沿硬脆化合物擴(kuò)展。實驗證明，基底預(yù)熱可有效減小殘余應(yīng)力，進(jìn)而抑制裂紋。當(dāng)工藝參數(shù)為激光功率140W、掃描速度400mm/s、鋪粉層厚0.03mm、掃描間距0.07mm、基底預(yù)熱350℃、保溫1h緩冷至室溫時可消除裂紋。
　　綜上所述，研究獲得了SLM成形近α