Al含量对激光增材制造TC4组织及性能的影响

摘要

激光增材制造是20世纪90年代快速兴起的一项新的加工制造技术。其主要是通过计算机设计生成三维CAD目标图形，利用“离散+堆积”的成形思想，在激光的作用下选择性熔化沉积从而制造得到所需的最终功能零件。这种加工方法较传统加工手段不仅可以缩短生产周期、降低生产成本而且还能够制造出性能要求高，结构复杂的零件，但由于激光增材制造用合金粉末的研究相对滞后，因此选取合适的研究粉末也是激光增材制造实现工程化应用的关键环节。 TC4合金作为一种常用的工业合金，具有耐蚀性好，比强度高，高温力学性能优良等特点，普遍地应用于生产生活各个领域。但是在一些特殊的领域，尤其是航空航天领域，TC4合金由于力学性能不够稳定，无法满足使用要求，导致其应用受到一定的限制。 为此，通过向TC4合金中添加一定量的Al元素，结合新型的激光增材制造技术进一步优化TC4合金的综合性能就显得尤为重要。本论文通过激光快速成形得到不同Al添加量的TC4合金试样，结合X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、显微硬度计、摩擦磨损试验机、压缩试验机、电化学工作站等实验仪器对其性能进行相应的检测，分析合金组织组成和变化规律，以期得到成形性较好、综合性能优异的新型激光增材制造用TC4合金成分。 由XRD、SEM和TEM结果分析能够确定，激光快速成形后的合金物相组成为密排六方结构（HCP）的α-Ti和体心立方结构（BCC）的β-Ti，其中α相的数量远远多于β相。实验过程中，随着Al添加量的增加，合金熔体的温度梯度减小，表面张力随之减小，熔融态合金更容易在基体上铺展开，流动性增加，使得其接触角逐渐减小，沉积层高度降低，宽度增加，表面粗糙度呈现减小的趋势。同时由于Al是α-Ti固溶体的稳定元素，因此随着Al添加量的增加，α相的数量逐渐增加，晶粒尺寸先减小后增大，晶格常数逐渐减小，最终导致其硬度逐渐增强，耐磨性逐渐升高，与此同时材料的塑性变形能力先增大后减小。结合电化学腐蚀实验结果，最终可以看出随着Al添加量的增加，激光增材制造得到的TC4合金的综合力学性能在一定范围内有改善的趋势，但是当Al添加量超过1.5wt.%时，材料的塑性和耐腐蚀性能均出现不同程度的降低。

目录

第一个书签之前