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[学位]

硼变质处理激光增材制造TC4微观组织与力学性能研究

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Author:

张晓星 (张晓星.)

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Abstract:

激光增材制造(LAM)钛合金可以实现复杂零部件的无模具快速成形,因此在航空航天、生物医疗等领域得到广泛使用。但是在钛合金激光熔覆成形过程中,由于熔池内部存在自上而下的较大温度梯度,导致成形件原始β柱状晶粗大,各向异性显著,严重损害了钛合金的综合力学性能,阻碍了激光增材制造钛合金技术大范围的工程应用。本研究旨在以硼为变质剂,对激光增材制造TC4(Ti-6Al-4V)钛合金进行变质处理,并辅助以感应加热和热处理手段调控成形件微观组织结构,分别考察组织调控工艺对钛合金静载和动载力学性能的影响。
研究了微量硼对激光增材制造TC4钛合金微观组织的影响规律,并探讨了感应加热和热处理对含硼TC4钛合金的组织调控规律 ,结果表明:硼元素对LAM-TC4的微观组织具有显著的细化效果,原始柱状晶贯穿熔覆层连续生长的状况受到抑制,其宽度明显下降。当含硼量超过0.1wt.%时,柱状晶基本转化为等轴晶。热处理和感应加热可增强硼变质处理TC4钛合金的效果。X射线衍射的测试结果表明,加入钛合金的硼原子一方面与Ti发生共晶反应产生TiB,另一方面进入Ti晶格间隙,从而引起Ti晶格畸变。通过透射电子显微镜观察TiB的分布和形态,发现TiB以颗粒状沿晶界或者相界面析出。
为了探究硼元素的加入对LAM-TC4静载力学性能的影响,进行了室温拉伸、显微硬度测试。发现当硼含量较高时,产生的TiB会使合金硬度提高,同时对塑性产生损害。TC4-0.05B钛合金可以在不显著降低合金强度的条件下大幅度的提高塑性,同时可以有效的消除各向异性。
为了揭示硼变质处理对LAM-TC4动载力学性能的影响,进行了TC4钛合金断裂韧性测试,并考察不同热处理制度对合金断裂韧性的影响。发现不含硼钛合金通过固溶时效热处理(930℃/2 h/AC,550℃/4 h/AC),可以获得较好的断裂韧性。经硼变质处理后,钛合金断裂韧性下降,但是断裂韧性各向异性得到有效降低。

Keyword:

TC4 变质处理 激光增材制造 热处理

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学材料科学与工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学硕士

Mentor: 王豫跃

Year: 2019

Language: Other

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WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 3

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