论文部分内容阅读
电子束熔丝沉积技术(Electron Beam Wire Deposition,EBWD)是一种以电子束为热源,通过将外加丝材熔化而层层堆积,最终形成所需零件的近净成形增材制造技术,该技术能够实现复杂钛合金结构件的无模具、高效率、低浪费加工。但EBWD钛合金的宏观组织普遍为粗大柱状晶,柱状晶内组织不均匀,这会对沉积层力学性能产生不利影响,使其存在明显各向异性。如何改善沉积层内柱状晶粒,均匀晶内组织,减小其各向异性是EBWD钛合金急需解决的问题。为此,本文以TC4钛合金为研究对象,针对EBWD沉积钛合金的宏微观组织演化规律,组织均匀性调控方法及力学性能各向异性展开研究。主要研究内容和结果如下:EBWD的主要影响因素有热输入量和送丝速度,其中热输入量主要由电子束流和焊接速度决定。为探究各因素对EBWD宏微观的影响,在合适的热输入量参数范围内采用单一变量法分别沉积,发现增加电子束流后沉积层高度降低宽度增加,同时产生明显飞溅;增加焊接速度后沉积层高度无明显变化但宽度减小;增加送丝速度后沉积层高度增加而宽度无明显变化。采用小热输入量快送丝速度进行EBWD能够获得成形良好的沉积层。减小热输入量能够使柱状晶在沉积高度方向上产生偏移,增大送丝速度能够使柱状晶产生向等轴晶转变的趋势;当采用小热输入量快送丝速度参数进行间隔沉积TC4钛合金时,沉积层内粗大的外延生长柱状晶得到了改善,但组织沿沉积高度方向存在明显差异。沉积层在Z方向的抗拉强度与中下部X方向的抗拉强度相当,但均小于上部X方向的抗拉强度。针对沉积层在高度方向的组织差异,采用后期热处理的方式均匀晶内组织。发现固溶温度,固溶时间,冷却速度,时效温度和时效时间均对EBWD试样沉积层的组织均匀性有直接影响。在一定范围内提高固溶时效的温度和时间均能改善组织均匀性,但温度过高或时间过长会使组织粗化,从而降低沉积层的组织均匀性和力学性能;960℃固溶2h后空冷至室温,再进行550℃时效4h后空冷的热处理工艺能够使EBWD试样组织均匀化。EBWD试样经固溶时效热处理后沿沉积高度方向的不均匀组织得到了改善,在沉积层内获得均匀α相组织,沉积层的力学性能得到优化,满足AMS 4999A标准要求,同时进一步减小了沉积层的各向异性。