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低成本氢化脱氢钛合金粉末的激光快速成形

张凤英  
【摘要】:钛合金激光快速成形技术具有加工周期短,制造成本低,成形与组织性能控制一体化等优点,具有广阔的应用前景。为进一步降低该技术的成本,促进其在民用领域的发展,本文针对低成本氢化脱氢(hydrogenmiondehydrogenization,HDH)钛合金粉末的激光快速成形进行研究,取得的主要成果如下: 1.从粉末特性及成形工艺角度揭示了缺陷的形成机理及影响因素,结果发现: (1) 气孔的产生是由于粉末在成形过程中卷入成形气氛中的氩气所致。粉末颗粒形貌、粒度范围一定的情况下,提高粉末松装密度能够减少或消除气孔; (2) 工艺参数控制不当是导致熔合不良缺陷的主要因素,通过合理控制激光功率、扫描速度、搭接率以及Z轴单层行程△Z获得了内部致密、无熔合不良缺陷的成形试样。 2.揭示了稀土元素Nd对激光快速成形HDH TC4组织及力学性能的影响规律: (1) 随着稀土元素Nd含量的增多,激光快速成形TC4合金中的初始β列状晶逐渐转化为全β等轴晶,同时晶粒内部的魏氏α逐渐转变为网篮α组织;粗化α板条不断增多,呈现团束聚集趋势,晶界α集束体积分数也不断增大; (2) 添加稀土Nd后,HDH TC4抗拉强度略有降低,室温塑性随Nd含量的增加先大幅度提高,而后急剧降低。这是由于适量的Nd能够夺取钛基体中的氧,形成细小弥散的Nd_2O_3颗粒,起到弥散强化的作用,弥补了部分固溶强化的损失;而过量Nd的加入将引起Nd_2O_3颗粒尺寸的不均匀以及晶界处大面积α集束的产生,最终引起应力集中导致断裂。 3.通过合理控制松装密度、添加适量稀土元素以及优化工艺参数,在特定的应用需求下,低成本HDH钛合金粉末能够代替昂贵的球形粉末在激光快速成形技术中使用。


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