钛合金薄壁零件激光沉积成形基体变形与应力调控研究

摘要

激光沉积成形技术是近年来迅速发展起来的一项先进制造技术，能够快速直接制造出致密零件，是激光沉积技术的进一步发展。此技术可减少制造费用、缩短制造周期，并能制造出传统技术不能或难以成形的复杂结构零件，还可以对损伤的零件进行修复。钛合金具有密度小、比强度高、抗耐蚀能力强、高温性能好等优点，使钛合金结构件在先进战机制造领域得到了广泛应用。但是钛合金结构件制造存在材料利用率极低，研制周期长，制造成本高等一系列问题。利用激光沉积成形技术制造钛合金结构件已成为世界各国科研人员的研究热点。
　　本文以TC4钛合金作为激光沉积粉末和基体材料，对钛合金薄壁零件激光沉积成形的基础工艺、基体变形、沉积层应力控制等问题进行了研究。
　　首先采用不同工艺参数分别在YAG和CO2激光器上进行单层单道激光沉积试验，研究了激光功率、扫描速度、送粉量对单道沉积层宏观形貌的影响，并采用正交试验的方法分析了各工艺参数对沉积层宏观尺寸的影响主次，比较了两种激光器的成形性能。采用不同的观察、测试手段研究了激光功率和扫描速度对激光沉积层微观组织、显微硬度等方面的影响，分析了其影响机理。对激光沉积成形工艺参数进行了优选，为后面激光沉积成形基体变形及应力控制实验提供基础工艺参数。
　　为了分析激光沉积成形过程对基体变形的影响，使用优化的工艺参数在不同厚度的钛合金薄板零件及框类零件上进行多道单层激光沉积试验，测定了激光沉积后基体零件的变形以及残余应力的分布情况，研究激光沉积钛合金零件变形与应力的关系，揭示变形机理。
　　采用超声冲击和冷作硬化锤击两种方法对激光沉积后应力进行控制，研究这两种工艺对钛合金激光沉积成形材料组织结构及硬度的影响，测定沉积层残余应力，进行对比，分析两种工艺对激光沉积层应力的控制作用。基于超声冲击与冷作硬化锤击对沉积层应力的控制作用，进行钛合金框类零件的激光沉积成形，观察成形质量、测定基体薄板变形情况，研究两种处理工艺对钛合金零件激光沉积成形的优化作用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 激光沉积成形的技术特点与应用

1．2．1 激光沉积成形的技术特点

1．2．2 激光沉积成形的应用

1．2．3 激光器

1．3 激光沉积成形技术国内外研究现状

1．4 钛合金激光沉积成形技术研究现状

1．4．1 激光沉积成形钛合金材料组织结构研究现状

1．4．2 钛合金激光沉积成形应力与变形研究现状

1．4．3 钛合金结构件激光沉积修复研究现状

1．5 论文研究的目的意义及研究内容

1．5．1 论文研究的目的和意义

1．5．2 论文主要研究内容

第2章 Ti6Al4V钛合金激光沉积成形基础工艺研究

2．1 引言

2．2 试验方法

2．2．1 激光沉积设备

2．2．2 实验材料

2．2．3 沉积层组织分析方法

2．3 工艺参数对激光沉积层表面形貌的影响

2．3．1 YAG激光器沉积层宏观形貌影响单因素试验

2．3．2 CO2激光器沉积层宏观形貌影响单因素试验

2．3．3 CO2激光器沉积层宏观形貌影响正交试验

2．3．4 两种激光嚣沉积成形性能比较

2．4 工艺参数对激光沉积层微观组织结构的影响

2．4．1 激光沉积层各部分组织特征

2．4．2 激光功率对激光沉积层组织的影响

2．4．3 扫描速度对激光沉积层组织的影响

2．5 工艺参数对激光沉积层显微硬度的影响

2．6 钛合金激光沉积成形基础工艺参数优选

2．7 本章小结

第3章 钛合金薄壁零件激光沉积变形规律

3．1 引言

3．2 钛合金薄板类零件激光沉积变形及应力关系研究

3．2．1 试验设计

3．2．2 钛合金薄板激光沉积后变形

3．2．3 钛合金薄板激光沉积后残余应力

3．3 钛合金框类零件激光沉积变形及应力关系研究

3．3．1 试验设计

3．3．2 钛合金框类零件激光沉积后变形

3．3．3 钛合金薄板激光沉积后残余应力

3．4 本章小结

第4章 激光沉积成形应力调控与裂纹控制研究

4．1 引言

4．2 超声冲击与冷作硬化技术消除残余应力的机理

4．2．1 冷作硬化锤击法消除残余应力机理

4．2．2 超声冲击消除残余应力机理

4．3 超声冲击与冷作硬化对激光沉积层微观组织结构及硬度的影响

4．3．1 超声冲击设备

4．3．2 试验设计

4．3．3 超声冲击和冷作硬化后沉积层宏观形貌

4．3．4 超声冲击和冷作硬化对沉积层微观组织的影响

4．3．5 超声冲击和冷作硬化对沉积层显微硬度的影响

4．4 超声冲击与冷作硬化对激光沉积层残余应力的影响

4．5 基于超声冲击与冷作硬化的钛合金框类零件激光沉积成形

4．5．1 试验材料

4．5．2 试验方法

4．5．3 激光沉积成形件形貌

4．5．4 激光沉积成形件基体变形

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研项目

致谢