TC4钛合金激光快速修复过程中熔合不良缺陷的评价研究

摘要

本文以在航空和航天工业、能源工业、化学工业等领域具有广泛应用前景的TC4钛合金为研究对象，对激光快速修复的成形工艺特性，影响激光快速修复件性能的重要缺陷——熔合不良的形成机理及其对力学性能的影响进行了研究，获得了以下结果： (1)获得了激光加工参数(激光输出功率、光束扫描速度以及送粉率)对TC4钛合金成形特征参数(单层熔覆高度和单道熔覆宽度)的影响规律。揭示了激光加工参数对熔覆层形状系数ζ(单道熔覆宽度/单层熔覆厚度)的影响规律。并根据零件修复的要求，综合考虑熔覆层形状系数和热输入效率的影响，得到优化的激光加工参数带。 (2)揭示了熔合不良缺陷的形成机理，表明搭接率和Z轴单层行程az的匹配是影响熔合不良缺陷形成的重要因素，而其它激光加工参数，如激光输出功率、光束扫描速度和送粉率，是通过对成形特征参数的影响进而影响到搭接率和△Z的匹配关系，间接对熔合状况产生影响的。熔合不良缺陷在截面上的尺寸随搭接率的减小而增大，随AZ的增大而增大。 (3)研究了熔合不良缺陷对成形件力学性能的影响，揭示了熔合不良缺陷对成形件力学性能的影响规律：当光束扫描方向与试样所受拉伸力方向一致时，试样上的熔合不良缺陷贯穿光束扫描方向，在受拉截面上，缺陷形成的孔隙率很小，仅占整个受力面的0.03～0.73﹪，缺陷对试样室温力学性能的影响较小，试样的强度基本不受影响，塑性略有降低；但是当光束扫描方向与试样所受拉伸力方向垂直时，试样上缺陷贯穿光束扫描速度方向，在受拉截面上，缺陷形成的孔隙率较大，占整个受力面的2-6﹪，缺陷对试样室温力学性能影响很大，甚至导致脆性断裂。

目录

文摘

英文文摘

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论文的主要创新和贡献

第1章 文献评述

1.1金属钛的特性及钛合金零件的传统加工技术

1.1.1金属钛的特性及应用

1.1.2钛的生产提炼

1.1.3钛合金零件的传统加工方法

1.2修复技术的发展

1.2.1传统的修复技术及其特点

1.2.2激光修复技术

1.3激光快速修复技术的原理及其特点

1.3.1激光快速成形技术的原理及其特点

1.3.2激光快速修复技术的原理及其特点

1.4存在问题

第2章 研究方法及内容

2.1研究的目的和内容

2.2研究方案

2.3实验系统的建立

2.4实验

2.4.1实验材料

2.4.2实验研究

2.4.3金相制备及测试

2.4.4仪器设备

第3章 激光快速修复的工艺特性

3.1激光加工参数对成形特性的影响

3.1.1激光加工参数与单层熔覆厚度的关系

3.1.2激光加工参数与单道熔覆宽度的关系

3.1.3激光加工参数与熔覆层形状系数ζ的关系

3.2激光加工参数带

3.3本章小结

第4章 激光快速修复过程中熔合不良的形成机理

4.1熔合不良缺陷的形成机理

4.1.1搭接率

4.1.2 Z轴单层行程

4.2熔合不良缺陷的形态、分布和尺寸

4.3本章小结

第5章 熔合不良缺陷对激光快速修复件力学性能的影响

5.1试样制备

5.2测试与分析

5.2.1力学性能测试

5.2.2断口分析

5.2.3结果分析

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及获奖情况

致谢