【摘 要】
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Ti-48Al-2Cr-2Nb是综合性能最佳的TiAl合金之一,但是由于其铸态组织为粗大柱状晶组织,导致熔模铸造和电火花加工中存在工序繁多、强度和延展性难以平衡和孔隙难以彻底消除等问题,严重限制了其工程化应用。激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)的成形件晶粒细小、组织均匀、力学性能优异,但是成形过程存在高残余应力和在线质量控制困难等问题,导致SLM成形零件与传统方
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Ti-48Al-2Cr-2Nb是综合性能最佳的TiAl合金之一,但是由于其铸态组织为粗大柱状晶组织,导致熔模铸造和电火花加工中存在工序繁多、强度和延展性难以平衡和孔隙难以彻底消除等问题,严重限制了其工程化应用。激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)的成形件晶粒细小、组织均匀、力学性能优异,但是成形过程存在高残余应力和在线质量控制困难等问题,导致SLM成形零件与传统方法在微观组织与性能方面存在明显差异。因此,本文以Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉末为研究对象,采用正交试验、金相分析、扫描电镜、XRD等测试手段及方法,研究SLM成形Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的工艺规律、显微组织及力学性能,探讨改善其性能和组织的参数及途径。主要研究内容及结果如下:1.研究了激光功率、扫描速度、扫描间距和铺粉层厚对SLM成形Ti-48Al-2Cr-2Nb合金致密度、微观组织与维氏硬度的演变规律。激光扫描形成的熔池可分割成三个区域:粗晶区、过渡区和细品区。影响成形质量的主要因素是激光功率和扫描速度,当激光功率90W,扫描速度1000mm/s,扫描间距90μm,铺粉层厚40μm时,成形试块具有较好的质量。2.设计了不同的激光重熔方案,总结不同重熔方案对SLM成形Ti-48Al-2Cr-2Nb合金微观组织与维氏硬度的影响规律。在工艺参数优化的基础上,选出四组成形质量最好的参数组,设置重熔策略为无重熔(对照组)、无偏移、旋转90°、隔一层重熔、隔两层重熔、隔三层重熔,共六组。发现重熔策略对成形试块致密度和金相组织有较大改善,相应由于温度变化过快引起的裂纹也较之前减少。但无偏移和旋转90°的策略由于能量输入过大,无法改善成形试块质量,甚至不能成形。3.针对SLM成形Ti-48Al-2Cr-2Nb合金过程中存在的翘曲、开裂等问题,研究成形过程中成形试块表面温度变化与开裂的关系。对成形件表面温度场进行仿真计算,在设定基板温度为180℃(稳定状态下的最高温度)的情况下,简化物理模型,模拟激光扫描路径,针对不同的激光扫描策略,对仿真过程进行求解,得出成形试块表面的温度变化曲线,验证了SLM成形合金试块的过程。
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