TC4钛合金电子束选区熔化成形工艺及性能研究

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TC4钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀、生物相容性好等特点,近年来被广泛应用于航空航天、航海船舶、生物医疗等领域。随着现代工业中轻量化、整体化、结构功能一体化的需求越来越强烈,对零件的集成度以及结构复杂化也提出了越来越高的要求,传统制造技术已不能满足当前零件的制造需要。电子束选区熔化技术(Electron Bea m Selective Melting,EBSM)采用离散堆积的加工方式,可以直接成形出结构复杂、性能优异的零件,能够有效解决钛合金复杂构件的加工问题。本文以TC4合金粉末为实验材料,研究了电子束选区熔化工艺参数对成形试样组织和性能的影响规律,并探讨了成形角度对试样组织及电化学腐蚀性能的影响。论文的主要研究内容和结论如下:(1)研究了不同扫描速度对成形试样表面形貌、成形精度、致密度、显微组织及力学性能的影响。结果表明:随着电子束扫描速度的增加,试样上表面形貌逐渐恶化,最终演变为沟壑状。试样X轴、Y轴和Z轴方向上的尺寸误差随着扫描速度的增加逐渐降低。试样的致密度随着扫描速度的增加而逐渐减小,当扫描速度为1500 mm/s时,试样的致密度最小为78.66%。试样侧面显微组织中存在贯穿多个粉末层的β柱状晶,柱状晶内部为大量的针状α’马氏体。试样的显微硬度随着扫描速度的增加逐渐增加,其抗拉强度和断后延伸率随着扫描速度的增加逐渐减小。(2)在扫描速度优化后的基础上,研究了不同电子束束流对成形试样表面形貌、成形精度、致密度、显微组织及力学性能的影响。结果表明:电子束束流较小时,试样表面呈现为沟壑状;束流较大时,试样表面存在少量气孔。随着电子束束流增加,试样的尺寸误差逐渐增加,致密度先增加后减小,当电子束束流为6.5 m A时,试样的致密度最大为99.52%。试样的侧面显微组织为外延生长的β柱状晶,柱状晶内部存在大量相互交错的细针状α’马氏体。试样的显微硬度随着电子束束流的增加先减小后增加,试样的抗拉强度和延伸率随着电子束束流的增加先增加后减小,当束流为6.5 m A时,试样的抗拉强度和延伸率最大,分别为966 Mpa和7.5%。(3)采用优化后的扫描速度和电子束束流成形了90°、60°、30°和0°的试样,研究了不同成形角度对试样显微组织及耐蚀性能的影响。结果表明,随着成形角度的减小,试样组织中的细针状α’马氏体逐渐转变为条状α相,试样组织由网篮状魏氏组织逐渐转变为集束状魏氏组织。随着成形角度减小,试样的自腐蚀电位Ecorr、极化电阻Rp以及电荷转移电阻Rct均逐渐减小,腐蚀电流密度Icorr逐渐增大。试样表面的腐蚀形态均为点蚀,随着成形角度减小,试样耐点蚀能力逐渐减弱。
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