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电弧增材制造是以电弧为热源、焊丝为添加材料,实现三维实体快速自由成形制造的革命性新技术。本课题是基于受控电弧(等离子弧)针对TC4钛合金和TA1工业纯钛两种材料的增材制造工艺试验研究,对TC4和TA1两种材料的单道成形工艺进行研究并分析主要参数对单道宏观尺寸的影响,优化增材工艺参数,并进行等离子弧增材成形异种材料仿生交织结构的试验研究,探究其力学性能的优势。首先针对TC4和TA1沉积单道的成形质量进行试验研究,得到TC4和TA1单道成形质量的工艺参数窗口,同时研究了电流、送丝速度和焊接速度对两种材料单道宏观几何尺寸的影响规律。TC4沉积单道几何尺寸变化受电流、送丝速度、焊接速度影响规律均较明显,TA1沉积单道几何尺寸变化受电流、送丝速度影响的规律较明显,而受焊接速度影响的规律不明显。进一步研究两种材料沉积单道在固定电流、不同熔积比情况下的焊道截面轮廓模型并根据尺寸、面积的匹配误差筛选增材工艺参数,得出TC4电流为125A、TA1电流为140A时,不同熔积比情况下沉积单道截面模型均拟合为抛物线函数,并通过多道重叠模型计算和试验验证的方法,得道TC4与TA1异种材料叠加、TC4与TC4同种材料叠加的最佳道间距为d1*=d2*=6.58mm,TA1和TA1同材叠加的最佳道间距为d3*=6.54mm。对单道多层交织直壁体的研究表明四组不同材料比例的交织结构直壁体的抗拉强度仅略低于TC4,断后伸长率与TC4相当,不同位置的横向抗拉强度均高于纵向抗拉强度,且随着TC4占比的增加,交织结构直壁体纵向抗拉强度出现下降趋势。交织结构直壁体拉伸断口呈现为包括韧窝断裂、准解理断裂和解理断裂的混合型断裂特征,其微观组织高度多样化,能观察到晶界处取向一致且相互平行的片层状α、内部细小的网篮组织以及残余β等组织,且由于钒元素在β相中的扩散速度高于铝元素,TA1沉积层呈现为典型的两相组织富β区的特征——β斑。最后针对TC4和TA1块状交织结构的抗冲击性能进行了试验分析,结果表明试验的三种交织结构的正面冲击吸收功较TC4均提升了 35%以上,结合SEM发现裂纹的扩展方向沿异材界面发生偏转,验证了利用增材制造技术快速成形同时具有高强度和高抗冲击性能的“材料-结构-功能”一体化的功能部件和功能梯度材料的实际可行性。