【摘 要】
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钛铝合金具有耐高温,低密度的优点,可用于制造飞机发动机低压涡轮叶片等部件。但是由于钛铝合金含有脆性相,因此塑韧性极差,难以制备复杂结构件。而增材制造是一种近净成形的制造技术,可以直接生产零部件,减少了后续机加工的问题。目前对于钛铝合金的增材制造方法主要为粉末增材制造,而将电弧增材制造技术应用在钛铝增材制造的研究较少,这是由于钛铝合金的脆性造成了其难以拉拔成焊丝。因此,本文采用双丝电弧增材制造技术的
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钛铝合金具有耐高温,低密度的优点,可用于制造飞机发动机低压涡轮叶片等部件。但是由于钛铝合金含有脆性相,因此塑韧性极差,难以制备复杂结构件。而增材制造是一种近净成形的制造技术,可以直接生产零部件,减少了后续机加工的问题。目前对于钛铝合金的增材制造方法主要为粉末增材制造,而将电弧增材制造技术应用在钛铝增材制造的研究较少,这是由于钛铝合金的脆性造成了其难以拉拔成焊丝。因此,本文采用双丝电弧增材制造技术的方法制备了钛铝合金。并在此基础上提出原位合金化电弧增材制造技术。通过原位合金化电弧增材制造技术在堆积合金中添加微量合金元素,从而提高合金的性能。通过XRD、光镜（OM）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、高温氧化试验和微小力学拉伸试验对堆积试样的组织及性能进行了探究。首先以Ti-15Al合金为研究对象,证实了惰性气体保护在双丝电弧增材制造中的必要性。在此基础上,通过控制钛、铝焊丝的相对送丝速度,成功堆积了Ti-30Al,Ti-40Al和Ti-48Al（at.%）合金,实现了堆积试样成分及组织的连续调控。微小力学测试结果显示,Ti-15Al堆积试样的性能最好,抗拉强度约为685MPa,延伸率约为3%。而由于堆积试样内部存在微观裂纹的原因,Ti-30Al,Ti-40Al,Ti-48Al合金的力学性能比较差。在此基础上,采用原位合金化电弧增材制造的方法堆积了Ti-48Al-2Cr-2Nb（at.%）合金和Ti-6Al-Nb（=0,4,7,10wt.%）合金。其中,Ti-48Al-2Cr-2Nb合金相比于Ti-48Al合金力学性能略有提升。由于Ti-48Al-2Cr-2Nb合金为高温合金,因此对该合金进行了高温抗氧化性测试。同时,将Ti-15Al,Ti-30Al,Ti-40Al和Ti-48Al作为试验对象进行对比。研究结果表明,随着铝含量的增加,合金的抗氧化性逐渐增强。同时,微量元素Cr和Nb的添加使得合金的抗氧化性进一步增强。经800°C-100h高温试验后,合金增重为1.95mg/cm~2,氧化层的厚度约为12μm。对于Ti-6Al-Nb合金来说,随着Nb含量的增加合金的力学性能逐渐增强,当Nb含量为7wt.%时,合金性能最好。其中,横向拉伸试样的抗拉强度为910MPa,延伸率为7.26%;纵向拉伸试样的抗拉强度为875MPa,延伸率为6.21%。而当Nb含量为10wt.%时,堆积试样中观察到未熔解的Nb箔。同时,对Ti-6Al和Ti-6Al-7Nb合金进行了摩擦磨损性能测试。
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