【摘要】：激光增材制造技術是通過CAD數(shù)據(jù)采用材料逐漸累加的方法制造實體零件的技術,相對于傳統(tǒng)的材料去除-切削加工技術,是一種“自下而上”的制造方法。作為一種典型的金屬增材制造技術,憑借高效、高性能的優(yōu)勢,成為鈦合金復雜零部件直接成形的重要手段,目前已成為激光加工技術中備受矚目的技術,在飛機制造、重型機械等領域中均有廣泛的應用。本文采用4kW光纖耦合半導體激光器對TC4鈦合金進行了激光增材制造試驗。主要研究了激光功率、掃描速度、送粉速度對沉積層表面形貌、熔高及熔寬的影響規(guī)律,在獲得單道最佳工藝參數(shù)的基礎上,通過改變搭接率進行多道試驗,獲得了表面良好、滿足工藝要求的沉積層。采用最佳工藝參數(shù),制備了拉伸試樣,并對試樣進行不同溫度的正火處理,采用萬能拉伸試驗機對最佳工藝參數(shù)下的試樣進行拉伸試驗。通過金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡(SEM)、X-射線衍射儀(XRD)對沉積層的組織結(jié)構及相組成進行了分析,主要獲得如下結(jié)論。試驗結(jié)果表明,單道沉積時的最佳工藝參數(shù)為激光功率P=2200W、掃描速度Vs=800mm/min、粉盤轉(zhuǎn)速Vp=0.9r/min,通過搭接試驗確定搭接率為50%。對試樣進行正火處理,試驗結(jié)果表明,在960℃及以下正火溫度的顯微組織為網(wǎng)籃組織,且隨著正火溫度的升高,組織明顯粗化,α相有序性降低;當正火溫度為990℃時,顯微組織為魏氏組織。隨著正火溫度的增加,XY方向和Z方向上的拉伸強度與屈服強度均呈現(xiàn)下降趨勢,且XY方向拉伸強度明顯高于Z方向的拉伸強度,但Z方向的塑性明顯優(yōu)于XY方向上的塑性。XY方向和Z方向上的微觀斷口形貌均布滿韌窩,為延性斷裂。在上述最佳工藝參數(shù)及正火處理(加熱溫度810℃、保溫時間2h、空冷)條件下獲得最佳力學性能為XY方向的拉伸強度921MPa、屈服強度917.3MPa、伸長率12.8%、斷面收縮率27.5%,Z方向的拉伸強度906.1MPa、屈服強度900.2MPa、伸長率15.8%、斷面收縮率49.3%。采用上述最佳工藝參數(shù)直接成形了尺寸為570mm×470mm×210 mm的大型TC4鈦合金結(jié)構件,經(jīng)正火處理后,顯微組織為網(wǎng)籃組織、拉伸強度為904.17Mpa、屈服強度為900.13MPa、伸長率為12.5%、斷面收縮率為42.5%。與鍛件的國家標準值相比,激光增材制造TC4鈦合金經(jīng)正火處理后的綜合性能明顯優(yōu)于鍛件,滿足了客戶的實際需求。
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG665;TG146.23
【圖文】：

Fig.2.1Laseradditivemanufacturingsystem 2.2a 所示，為激光增材制造設備實物圖，激光增材制造過程采用高功末，激光束按照設定軌跡逐層掃描，最終成型零部件。如圖 2.2b 所示屬于高活性的金屬材料，需對打印機設備進行整體密封結(jié)構設計，同凈化系統(tǒng)。為防止鈦合金粉末氧化，要嚴格控制密封艙內(nèi)的水、氧

8a 激光增材制造設備實物圖 b 循環(huán)凈化系統(tǒng)圖2.2 激光增材制造設備實物圖和循環(huán)凈化系統(tǒng)Fig.2.2Physicaldiagraph oflaseradditivemanufacturingequipmentandcirculationpurificationsystem表2.1 主要技術參數(shù)Tab.2.1Main technicalparameters功能 RC-LDM8060龍門式機床行程X×Y×Z 800mm×600mm×500mm運動速率 0-10m/minX、Y、Z 軸定位精度 ±0.05mmX、Y、Z 軸重復定位精度 ±0.03mmX、Y、Z 軸最大定位速度 15m/min線性分辨率 ±0.025mm惰性氣體保護方式 惰性氣體稀釋送粉量 1g/min-80g/min氧、水含量 ≤50ppm激光器類型 4KW 光纖耦合半導體激光器激光器功率 2000W-10000W2.1.1 光學系統(tǒng)本課題的激光增材制造試驗是在南京中科煜宸激光技術有限公司完成。激光器是激光增材制造系統(tǒng)中的核心部件，目前激光器的種類較多，按照工作介質(zhì)的不同，可將其分為光纖激光器、半導體激光器、氣體激光器、液體激光器以及固體激光器五大類[45]。如圖 2.3 所示，本試驗所采用的激光器為德國 Laserline 公司生產(chǎn)的 4KW 光纖耦合半導體激光器。激光束經(jīng)光纖傳導輸出，在反射鏡及聚焦透鏡組作用下，光斑在加工平面聚焦，熔化基體表面與粉末形成熔池。為確保成型過程中輸出激光功率的穩(wěn)定性，采用功率計對

LDF-4000型激光器Fig.2.3LDF-4000laser

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 肖承翔;李海斌;;增材制造技術與標準化最新進展[J];信息技術與標準化;2015年06期

2 祝天安;添玉;李國偉;張衛(wèi)國;宓為建;;增材制造技術在汽車發(fā)動機方面的應用[J];裝備制造技術;2015年04期

3 闞文斌;林均品;;增材制造技術制備鈦鋁合金的研究進展[J];中國材料進展;2015年02期

4 肖承翔;李海斌;;國內(nèi)外增材制造技術標準現(xiàn)狀分析與發(fā)展建議[J];中國標準化;2015年03期

5 王紅軍;;增材制造的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];北京信息科技大學學報(自然科學版);2014年03期

6 王文濤;劉燕華;;3D打印制造技術發(fā)展趨勢及對我國結(jié)構轉(zhuǎn)型的影響[J];科技管理研究;2014年06期

7 張曙;;三維打印的現(xiàn)狀與未來[J];中國電子科學研究院學報;2013年06期

8 盧秉恒;李滌塵;;增材制造(3D打印)技術發(fā)展[J];機械制造與自動化;2013年04期

9 彭昂;毛振東;;鈦合金的研究進展與應用現(xiàn)狀[J];船電技術;2012年10期

10 李懷學;鞏水利;孫帆;黃柏穎;;金屬零件激光增材制造技術的發(fā)展及應用[J];航空制造技術;2012年20期

相關碩士學位論文 前4條

1 王文東;激光沉積TA15熱處理工藝研究[D];沈陽航空航天大學;2017年

2 譚霆;激光增材制造鈦合金成分探測與顯微組織分析[D];湖南大學;2014年

3 黃柏穎;激光直接沉積TC11鈦合金組織及性能研究[D];山東建筑大學;2013年

4 張霜銀;激光快速成形TC4鈦合金的組織和力學性能研究[D];西北工業(yè)大學;2006年

本文編號：2785565