鈦鋁基合金具有密度低、耐熱性好、比強(qiáng)度高、良好的抗氧化性和高溫蠕變性等優(yōu)異的高溫性能,被認(rèn)為是未來(lái)應(yīng)用于航空航天和汽車工業(yè)領(lǐng)域制造輕質(zhì)結(jié)構(gòu)零部件的理想材料。但是,TiAl合金較脆且熱加工性較差,利用傳統(tǒng)工藝制造零部件的過(guò)程中易開(kāi)裂,無(wú)法整體成形結(jié)構(gòu)復(fù)雜且性能優(yōu)異的零部件。激光選區(qū)熔化(Selective Laser Melting,SLM)在高能激光束的作用下可以直接熔化TiAl合金粉末成形具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件,無(wú)需刀具和模具,成形速度快,縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期,適合航空航天領(lǐng)域結(jié)構(gòu)復(fù)雜零部件的整體成形。與傳統(tǒng)制造過(guò)程相比,SLM成形過(guò)程中金屬粉末快速熔化、快速冷卻,導(dǎo)致SLM成形件的微觀組織和力學(xué)性能與傳統(tǒng)件相比存在較大的差異。本文以Ti-48Al-2Cr-2Nb為基體粉末配制TiAl基金屬粉末材料,研究SLM成形TiAl基合金粉末的工藝、微觀組織與力學(xué)性能。主要內(nèi)容如下:(1)研究了激光掃描線間距對(duì)SLM成形TiAl基合金過(guò)程中晶粒的大小與取向、織構(gòu)、相位關(guān)系和力學(xué)性能的演變關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)SLM成形的Ti-48Al-2Cr-2Nb/RGO合金中,隨著激光掃描線間距的增加,晶粒尺寸逐漸減小,但是晶粒的取向保持(0001)、(101?1)和(112?1)的混合取向不變;高角度晶界的含量逐漸降低;SLM成形件主要由α_2,γ和B_2相組成,且隨著激光掃面線間距的增大,α_2相的含量逐漸降低而γ和B_2相的含量逐漸升高;成形合金試樣的納米硬度和楊氏模量分別由8.13±0.392 GPa和155.62±7.78 GPa增加至9.85±0.458 GPa和179.02±8.90 GPa。(2)研究了B元素的含量對(duì)SLM成形TiAl基合金粉末微觀組織與力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明在SLM成形的TiAl/B合金試樣中,隨著B(niǎo)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0%增至2%,晶粒的平均尺寸從16.64μm降至5.66μm,同時(shí)晶粒的取向從很強(qiáng)的(101?1)和(112?1)取向轉(zhuǎn)變?yōu)橐?0001)取向?yàn)橹?合金試樣中{0001}取向的織構(gòu)指數(shù)從10.78增加至22.69,高角度晶界的含量從87.9%升高到94.4%;SLM成形合金試樣的抗壓強(qiáng)度和應(yīng)變分別從1083.16 MPa和3.43%增至1610.53 MPa和5.17%,其失效形式呈典型的脆性斷裂模式。本文對(duì)SLM成形TiAl基復(fù)合材料的微觀組織和力學(xué)性能的研究結(jié)果為SLM成形工藝提供理論基礎(chǔ),有利于SLM技術(shù)的推廣和應(yīng)用。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG665;TB331
【部分圖文】：

展而來(lái)的[12]。與 SLS 技術(shù)相比，SLM 采用了一些新的特殊工藝，直接成形高致密度的金屬零件。1986 年美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校首次提出 SLS 成形技術(shù)，并在 1988年研制出世界上第一臺(tái) SLS 樣機(jī)[13]。此樣機(jī)使用功率較低的 CO2激光器，只能成形非金屬材料或熔點(diǎn)相對(duì)較低的金屬粉末。隨著前期技術(shù)的積累以及激光制造技術(shù)的飛速發(fā)展，21 世紀(jì)初期市面上涌現(xiàn)眾多 SLM 設(shè)備。目前，國(guó)外研究 SLM 技術(shù)的單位主要有比利時(shí)魯汶大學(xué)[14]、德國(guó) Fraunhofer 激光技術(shù)研究所、英國(guó)艾克賽特大學(xué)[15]、新加坡南洋理工大學(xué)[16]等，德國(guó)是從事 SLM 技術(shù)研究最早也是研究最深入的國(guó)家，國(guó)內(nèi)主要有華中科技大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、華南理工大學(xué)、西安交通大學(xué)等單位在模具、生物植入體、微制造及超輕結(jié)構(gòu)件等方面開(kāi)展了應(yīng)用研究[17]。目前國(guó)外 EOS 公司、SLMSolutions 公司、Concept Laser 公司和 MCP 公司已經(jīng)將 SLM 工藝應(yīng)用到航空航天、汽車、家電、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、珠寶首飾、醫(yī)學(xué)生物等領(lǐng)域，而國(guó)內(nèi)應(yīng)用方面發(fā)展相對(duì)緩慢[18]。如圖 1-1 所示為國(guó)內(nèi)外利用 SLM 成形技術(shù)制造的金屬零件。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文；（3）SLM 設(shè)備成形控制軟件讀取 STL 文件，然后在計(jì)算機(jī)控制下化切片區(qū)域內(nèi)的金屬粉末；（4）成形缸下降一個(gè)單層厚度的距離，層厚度的距離；（5）在已成形面上鋪一個(gè)單層厚度的金屬粉末；（逐層堆積成形金屬零件[19-20]。

避免傳統(tǒng)制造過(guò)程中的拼裝連接[22]。SLM成形技術(shù)工序簡(jiǎn)單，成形速度度降低零件的制造時(shí)間。因此，SLM成形技術(shù)可以縮短復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造雜結(jié)構(gòu)的快速成形[23]。2）節(jié)省材料，實(shí)現(xiàn)輕量化制造用傳統(tǒng)的切削加工成形金屬零件時(shí)，需要將坯料大面積切除，且切削廢次利用，造成材料的利用率較低；SLM成形技術(shù)作為一種新型的增材制造程中基本上可以實(shí)現(xiàn)所需粉末材料與零件實(shí)體等體積制造，材料的利用上甚至接近100%，并且剩余的粉末材料很易回收重復(fù)利用，降低了零件很適合一些貴重的金屬材料的成形制造[24]。對(duì)于一些傳統(tǒng)制造技術(shù)無(wú)法孔結(jié)構(gòu)，采用SLM技術(shù)在合適的參數(shù)條件下可以快速成形，并獲得良好合適航空航天領(lǐng)域輕量化的發(fā)展需求[25]。SLM成形的輕量化多孔結(jié)構(gòu)如
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 楊銳;;鈦鋁金屬間化合物的進(jìn)展與挑戰(zhàn)[J];金屬學(xué)報(bào);2015年02期

2 孔凡濤,陳玉勇,田競(jìng),陳予勇;TiAl基金屬間化合物研究進(jìn)展[J];材料科學(xué)與工藝;2003年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 張升;醫(yī)用合金粉末激光選區(qū)熔化成形工藝與性能研究[D];華中科技大學(xué);2014年

2 閆春澤;聚合物及其復(fù)合粉末的制備與選擇性激光燒結(jié)成形研究[D];華中科技大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2880542