多光束激光选区熔化成形TA15合金的基础研究

论文摘要

激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）成形技术是增材制造领域内重点研究的方向之一,近年来发展起来的多光束激光选区熔化（Multi-beam Selective Laser Melting,MB-SLM）技术解决了SLM技术成形尺寸偏小和成形效率偏低的固有难题,为实现航空航天大尺寸复杂精密构件的制造提供了新思路。针对目前MB-SLM成形TA15钛合金（Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V）基础研究薄弱的问题,基于本团队自主研发的四光束SLM设备,本文系统地研究了TA15钛合金在单光束及多光束条件下的成形质量、显微组织和力学性能的异同,以及工艺参数对成形件尺寸精度的影响。主要结论如下:（1）建立了传导模式下激光线能量和熔池特征尺寸之间的函数模型,该函数模型对0.06 mm切片层厚以下的SLM参数设计具有较好的指导作用。异步扫描策略可以有效地提升多光束拼接区域的致密度。在可致密成形的参数范围内,使用较低的激光线能量可以有效减少因波谷效应在拼接线处产生的气孔。（2）SLM成形TA15合金的显微组织主要由原始β柱状晶转变而来的针状马氏体α′构成,同一块体内马氏体的尺寸大小不一,具有明显的分级特征。随着参与成形的激光束数量的增加,马氏体的平均尺寸也不断增大。试样内部的马氏体晶粒取向较多,无明显织构。（3）单光束SLM成形TA15合金室温拉伸性能表现出一定的各向异性:水平方向具有更高的强度,而竖直方向有更好的延伸率。四个象限独立成形水平试样的拉伸性能保持一致,其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别在12441272 MPa,9971038MPa和7.78.7%之间。通过控制双光束成形时的拼接宽度和激光扫描方向,可以保证双光束SLM成形试样的力学性能与单光束试样相当。对于四光束SLM成形试样中的不同成形区域,其XOZ面显微硬度值大小依次为:单光束成形区域>双光束拼接区域>四光束拼接区域。成形态试样经900℃退火后,可以获得较好的强韧性匹配,其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为1118 MPa、903 MPa和11.6%,达到锻件标准。（4）工艺参数对实体尺寸精度影响的主次顺序为:激光功率>扫描速度>粉末层厚>扫描间距。建立了水平方向的尺寸误差与激光能量密度的关系式,从而指导模型轮廓缩放达到控制零件的精度的目的。同一参数下成形的实体不同特征面的表面质量不同,表面粗糙度Ra的大小顺序为:倾斜侧壁>垂直侧壁>上表面;随着层厚的增大以及试样倾斜角度的减小,实体侧壁粗糙度逐渐增大。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 佘保桢

导师: 王泽敏

关键词: 多光束,激光选区熔化成形,钛合金,显微组织与力学性能,成形精度

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,金属学及金属工艺,无线电电子学

单位: 华中科技大学

基金: 国防科工局技术基础科研项目《四光束大尺寸激光选区熔化增材制造技术在复杂结构件上的推广应用研究》

分类号: TN249;TG146.23

总页数: 107

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