论文部分内容阅读
Ti-6Al-4V作为常用的钛合金之一,被航空航天等领域广泛使用。但是,由于钛合金传统制造技术存在着生产周期较长、材料利用率较低、制造成本相对较高及难以制造复杂结构件等问题,在一定程度上限制了Ti-6Al-4V合金的应用。本文通过低成本和高效率TIG电弧增材制造(TIG WAAM)技术的研究,解决激光增材制造技术(LAM)等成本高和效率低两大技术瓶颈问题,进一步拓宽Ti-6Al-4V合金的应用范围。TIG WAAM是以TIG电弧作为热源,通过逐层堆积,以自下而上的方式将数字化模型直接制造出实体零部件的近净成形技术。本文采用TIG WAAM技术制备了Ti-6Al-4V合金样件,主要研究了不同热处理工艺对TIG WAAM Ti-6Al-4V合金样件组织与性能的影响。采用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射仪(XRD)对沉积态试样和经不同热处理工艺下样件显微组织、断口形貌及相结构进行了分析;采用电子万能试验机和维氏硬度计测试了样件拉伸性能和硬度分布。试验结果表明,沉积态样件组织由针状马氏体组织、网篮组织及片层状组织构成;热处理态试样的组织均由大量初生α相(含有一定量的马氏体α’)和初生α相之间α+β组织构成;初生α相随沉积层高度的增加而逐渐粗化;本次热处理条件下不能完全改变沉积态试样的组织状态,存在着组织遗传现象。沉积态样件在950℃/2h/WC(水冷)、950℃/2h/AC(空冷)及950℃/2h/FC(炉冷)热处理条件下随着热处理冷却速率的降低,抗拉强度(UTS)和屈服强度(YS)逐渐降低,延伸率(EL)和断面收缩率(RA)逐渐提高;上述950℃/2h/AC热处理条件下获得的最佳力学性能指标(UTS~850Mpa、YS~810Mpa、EL~5%及RA~6%)超过铸造Ti-6Al-4V国家标准(UTS~835MPa、YS~765MPa、EL~5%)。沉积态样件在850℃×1h/AC、850℃×1.5h/AC、850℃×2h/AC及850℃×2.5h/AC正火处理条件下,随着正火保温时间的增加,样件的UTS、YS、EL及RA均呈现先升后降的变化规律,在保温时间为2h时综合力学性能达到最佳状态;随着正火温度的增加,样件UTS、YS、EL及RA均呈现先升后降的趋势,沉积态样件在850℃/2h/AC正火处理条件下综合力学性能(UTS~940MPa、YS~926MPa、EL~10.5%及RA~13.7%)达到最佳状态,其拉伸性能超越了Ti-6Al-4V合金铸造国家标准。沉积态样件在950℃/2h/WC固溶处理后,分别研究了时效温度和时效时间对样件组织性能的影响规律,随着时效温度的增加,样件UTS和YS均呈现逐渐下降的趋势,EL和RA均呈现先升后降的趋势,在950℃/2h/WC+600℃/6h/AC下获得了最佳的强-塑性匹配;随着时效时间的增加,样件UTS和YS均呈现逐渐下降的趋势、EL和RA均呈现先升后降的趋势,在950℃/2h/WC+600℃/6h/AC下获得了最佳的强-塑性匹配;在950℃/2h/WC+600℃/6h/AC热处理条件下,最佳力学性能指标超越了铸造国家标准。