超声冲击电弧增材制造钛合金零件的组织性能研究

摘要

电弧增材制造的高效率使其成为制造钛合金大型结构件的优良选择。然而，电弧增材制造钛合金构件中容易形成粗大柱状晶，导致力学性能各向异性。为了解决这一问题，本文系统研究了超声冲击参数对电弧增材制造TC4钛合金零件组织性能的影响规律和作用机理。主要研究成果如下：
　　研究发现超声冲击能够使钛合金沉积层内部的粗大柱状晶转变为细小等轴晶，同时增大了沉积层平均宽度。随着加工速度的增大或冲击次数的减少，沉积层平均宽度逐渐减小，等轴晶平均晶粒逐渐变大；当冲击振幅为40％时，沉积层平均宽度最大而等轴晶晶粒最小。当冲击振幅为60%、加工速度为3mm/s和冲击次数为4次时，沉积层平均宽度最大，等轴晶平均直径最小，分别为9.9mm和0.80mm。
　　超声冲击促进了沉积层的位错增殖和位错迁移，在造成晶粒破碎同时增多了形核质点。这些新增质点改变了形核环境，提高了变形储能，从而有效避免了未冲击试样中因外延生长而形成粗大柱状晶的情况，并在后续沉积层热作用下通过回复再结晶和相变形成细小的等轴晶。加工速度越小，冲击次数越多，冲击振幅在40%左右时，沉积层获得的线能量越大，位错增殖和迁移能力越强，获得的形核质点越多，从而等轴晶粒平均直径越小。
　　随着柱状晶转变为等轴晶，冲击试样微观组织的方向差异性减小，使得其抗拉强度各向异性百分比由未冲击时的12.5%缩减为1.5%。此时，冲击试样垂直方向抗拉强度由未冲击时的892.5MPa提高至953.6MPa，和水平方向抗拉强度的差值缩小至14.8MPa。

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1 绪论

1.1 引言

1 .2 钛合金及其加工概述

1.3 电弧增材制造概述

1.4 超声冲击概述

1.5 本课题研究意义及主要内容

2 实验设备、材料与方法

2.1 实验设备

2.2 实验材料

2.3 实验工艺、方法及参数

2.4 分析测试方法

3 超声冲击电弧增材制造钛合金的基础工艺试验

3 .1 引言

3.2 加工速度的影响

3.3 振幅的影响

3.4 冲击次数的影响

3.5 组织形成机理分析

3.6 超声冲击参数影响规律分析

3.7 本章小结

4 超声冲击电弧增材制造钛合金的性能

4 .1 引言

4.2 宏观分析

4.3 力学性能

4.4 各向异性减弱机理分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 主要结论

5.2 展望及建议

致谢

参考文献