電子束増材制造鈦合金的組織特征與拉伸性能研究.pdf

1、鈦合金由于其性能優(yōu)勢，在航空航天領域得到廣泛的應用，同時增材制造技術在復雜結構零件成型、減少加工程序、縮短加工周期等方面具有明顯的優(yōu)勢，在先進制造技術領域有較好的應用前景。而電子束增材制造技術作為一種新型技術，在成型件組織、力學性能等方面還有待進一步探究。因此，本文以TA3、TB5、TC4鈦合金作為基材，對電子束增材制造鈦合金進行了研究，分析了送絲速度、送絲方式及束流強度對單道多層成型的影響；在此基礎上研究了單道多層組織及力學性能的變化

2、規(guī)律，并著重分析了基材類型對成型件組織、硬度及拉伸強度的影響及成型層-基材界面處的拉伸性能變化規(guī)律。
　　影響單道多層成型的工藝參數(shù)主要有送絲速度、沉積方式和束流強度。當送絲速度Vs=20mm/s時，適當減少束流并結合單、雙向沉積方式可得到60層單壁試樣。單壁試樣成型層上有明顯的熔凝線紋路及層帶形貌特征，其組織為條狀α相及殘余β組成的網(wǎng)籃狀組織，顯微硬度值在260HV~300HV之間波動，網(wǎng)籃狀組織尺寸及成型層硬度值均以成型高度5

3、mm為一個單位呈現(xiàn)周期性變化。
　　堆積層數(shù)低于5層時，成型層組織為沿外延生長的粗大β柱狀晶，柱狀晶內為α相及殘余β相組成網(wǎng)籃狀組織，隨著成型層數(shù)的增多，柱狀晶的長度和寬度均增大；條狀α相及針狀馬氏體α,相逐漸減少，轉變?yōu)榇紊氶L針狀α組成網(wǎng)籃組織；1層時α相平均尺寸為2.24μm，經(jīng)過5次堆積后，平均尺寸減小至1.27μm，且其晶體取向主要由<0001>和<12-30>晶向之間轉向了<0001>與<01-11>晶向之間；最大極密

4、度從30.14增大至46.8，經(jīng)過5次熱循環(huán)后，織構得到了強化。
　　當堆積層數(shù)小于10層時，基材不同，基材與成型層之間的元素擴散是導致成型層組織與硬度區(qū)別的主要原因。FL(TA3)、FL(TC4)組織主要為條狀α相和細長針狀的α相組成的片層β轉變組織，F(xiàn)L(TA3)中α相尺寸更大，而FL(TB5)存在大量的短小的針狀馬氏體α,相。顯微硬度值變化趨勢為FL(TB5)大于FL(TC4)大于FL(TA3)。在堆積層數(shù)約5層內，F(xiàn)L(T

5、B5)的顯微硬度可達到370HV左右，而FL(TA3)、FL(TC4)硬度則在300HV左右，堆積層數(shù)高于5層后，不同基材的成型層顯微硬度差別減小，顯微硬度值差為20HV左右。
　　不同基材的成型層拉伸性能相差不大，拉伸強度為800MPa左右，延伸率均在20％以上，略低于退火態(tài)TC4基材。成型層斷裂方式均為韌性斷裂，與TC4基材斷裂方式相同?；?成型層界面的強度均比基材或成型層的強度高。成型層-TA3基材界面的斷裂在TA3基材上