钛合金选区激光熔化增材制造工艺及性能调控研究

【摘要】：作为应用于选区激光熔化技术(Selective laser melting,SLM)最成熟的金属材料之一,钛合金成形构件的“定制化”应用一直是人们关注的热点,而其性能的调控是实现成形钛合金构件工业应用的关键。本文采用Ti6Al4V粉体制备了SLM钛合金试件,通过研究成形工艺对成形质量、显微组织等各方面的影响,实现了对成形试件力学及电化学腐蚀性能的精确调控。主要研究成果如下:本文在不同的SLM激光工艺参数下制备了Ti6Al4V合金试件。随着激光功率的增加及扫描速度的降低,Ti6Al4V成形试件的致密度明显提高,最高达到了99%以上;在成形试件的侧面存在着穿过多个粉层厚度的β柱状晶,柱状晶内部为大量的针状马氏体组织;通过工艺参数的控制可以实现对成形试件尺寸精度的调控;通过工艺优化,成形试件的拉伸性能最高,抗拉强度达到了1103.16 MPa,最大延伸率为4.09%。在激光工艺参数优化的基础上,进行了不同成形方向Ti6Al4V合金试件的制备。研究发现,XZ-orientation方向成形的板状试件致密化水平高于XY-orientation方向成形的板状试件;相对于XY-orientation方向成形试件,XZ-orientation方向成形试件内部α’马氏体显微组织的形态发生了由针状向板条状的转变;不同成形方向热积累的差异性导致了致密化及显微组织的差异。当激光功率P=175 W,成形方向为XZ-orientation时,成形试件的抗拉强度最高达到了1021.45MPa,延伸率为3.97%。针对不同工艺参数下成形试件的不同截面进行了电化学腐蚀性能测试。SLM成形Ti6Al4V试件在3.5%的NaCl溶液中腐蚀速度整体较慢;随着扫描速度的增加,成形试件的抗腐蚀性能逐渐降低,成形试件底面的抗腐蚀性能优于侧面;腐蚀表面的钝化膜主要由TiO_2和Al_2O_3两种氧化物组成;在成形试件的微观孔隙处发生了明显的点蚀现象,孔隙内存在着氧元素富集的现象。