论文部分内容阅读
TC4钛合金因具有密度小、比强度高、耐热性高等优良特性,广泛应用于航空航天、化学工业和医疗领域。激光立体成形技术能够实现较复杂结构钛合金结构件的无模具、快速、近净成形,这种加工方法较传统加工手段不仅可以缩短生产周期、降低生产成本,还能够制造出性能要求高、结构复杂的零件。然而激光立体成形TC4钛合金表现出明显的高强低塑的特点,且由于外延生长的粗大β柱状晶导致其力学性能的各向异性,严重影响了其作为结构件的使用;此外合金成分中的V元素价格昂贵,导致制备合金成本较高。如何对合金成分进行改进并细化β晶粒,提高材料的力学性能并消除材料的各项异性一直以来都是亟需解决的关键问题。基于此,本研究以Mo代替TC4中的V元素,对激光立体成形Ti-6Al-xMo(x=2、3、4)合金展开研究,确定优化合金成分并进一步调控优化成分合金的显微组织及性能。论文取得的主要研究成果如下:1.以激光立体成形Ti-6Al-xMo(x=2、3、4)合金为研究对象,研究β稳定元素Mo的添加量对激光立体成形Ti-6Al-xMo(x=2、3、4)合金显微组织及典型性能的影响规律。研究表明:采用以高功率半导体激光器成形制备的Ti-6Al-xMo合金,随着Mo含量由2wt%增加至4wt%,激光立体成形Ti-6Al-xMo(x=2、3、4)合金沉积层中外延生长的β柱状晶尺寸略有减小,顶部等轴晶层厚度逐渐增加,晶内α板条尺寸逐渐减小。此外,沉积层显微硬度随着Mo含量的增加而逐渐提高。激光立体成形Ti-6Al-3Mo合金的抗拉强度达到982 MPa,延伸率9.2%,是三种合金中综合性能最优的合金成分。2.以激光立体成形Ti-6Al-3Mo合金为研究对象,研究了基于工艺调控及原材料粉末性质调控的原始β晶粒细化及其机理,结果表明:相比半导体激光器成形制备的Ti-6Al-3Mo合金试样,采用沉积效率高的光纤激光器制备的沉积试样,其原始β晶粒形态由粗大柱状晶转变为长宽比约2.5的类等轴晶。基于粉末混合方式的处理,通过将Mo粉和Al粉粘结包覆于Ti粉表面作为沉积材料,采用光纤激光器制备的合金试样原始β晶粒形态进一步转变为尺寸约100μm的细小等轴晶,原因在于高熔点的Mo粉能够进入熔池液固界面前沿起到异制形核的作用。3.研究了不同晶粒形态的激光立体成形Ti-6Al-3Mo合金的宏观织构及晶内α相取向分布。结果表明:随着原始β晶粒由粗大柱状晶转变为细小等轴晶,合金沿沉积方向强烈的<100>方向纤维织构明显消失,晶内α相尺寸略有减小;三种晶粒形貌的Ti-6Al-3Mo合金试样中均存在明显的变体占优现象,但随着β晶粒的细化,变体占优的现象逐渐减弱,α变体间的取向差无明显变化。4.对三种晶粒形貌激光立体成形Ti-6Al-3Mo合金的室温拉伸性能展开研究,并进行拉伸试样的断口分析。结果表明:随着原始β晶粒形貌由粗大柱状晶转变为细小等轴晶,沉积试样的抗拉强度由982MPa提高至1082MPa,屈服强度由840MPa提高至922MPa,同时细小等轴晶的Ti-6Al-3Mo合金沉积态的延伸率达到9.8%,具有优良的综合性能。