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        固溶熱處理對激光增材制造TC4鈦合金拉伸性能的影響

        2021-03-24 10:54:22姜沐池李玉海
        中國應(yīng)急管理科學(xué) 2021年2期

        姜沐池 李玉海

        分類號 TG166.5

        摘要:為了探究固溶熱處理對激光增材制造TC4鈦合金力學(xué)性能的影響,采用激光熔覆沉積方法成型TC4鈦合金,對其進(jìn)行固溶熱處理,采用水冷的方法進(jìn)行冷卻。固溶溫度分別為850℃、900℃、940℃、980℃、1020℃,固溶時(shí)間為2h。對固溶熱處理后的試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)隨著固溶溫度室的升高TC4鈦合金的抗拉強(qiáng)度增加,其斷裂延伸率先增加在降低。綜合分析當(dāng)固溶溫度為940℃時(shí),激光增材制造TC4鈦合金的拉伸性能最佳。

        關(guān)鍵詞:激光增材制造;固溶熱處理;拉伸性能

        引言

        目前應(yīng)用最廣泛的鈦合金牌號是TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金。TC4鈦合金作為雙相鈦合金,可以通過不同的制造工藝以及熱處理制度來改變α相和β相的體積分?jǐn)?shù)、尺寸大小以及形態(tài)分布。TC4鈦合金的組織穩(wěn)定,性能變化范圍大,所以它具有良好的綜合性能,可以滿足不同的設(shè)計(jì)與使用要求,被廣泛的應(yīng)用在各種領(lǐng)域[1-4]。

        TC4鈦合金具有較高的強(qiáng)度和硬度變形抗力大等特點(diǎn),因此傳統(tǒng)的減材加工,在加工TC4鈦合金時(shí)操作較為復(fù)雜,對刀具強(qiáng)度要求較高。增加加工時(shí)間,同時(shí)在加工過程長產(chǎn)生切削廢料浪費(fèi)材料。因此本文采用激光增材制造的方法來成型TC4鈦合金[5,6]。激光增材制造俗稱3D打印,其通過計(jì)算機(jī)將零件的三維模型進(jìn)行分層處理,逐層打印,可以成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)及薄壁類零部件。采用激光增材制造技術(shù)加工零部件,縮短了加工時(shí)間,節(jié)約材料成本[7,8]。

        TC4鈦合金作為典型的雙相鈦合金,可以通過熱處理的方法來改變其α相和β相的體積分?jǐn)?shù),進(jìn)而影響其力學(xué)性能[9]。本文通過改變固溶溫度,來探究不同固溶溫度對激光增材制造TC4鈦合金拉伸性能的影響。

        一、實(shí)驗(yàn)方法

        合金原料采用預(yù)合金粉末,粉末粒度為50~270 μm其顯微形貌如圖1所示,從圖片可粉末具有較好的球形度,表面光滑在成型過程中可以有效的反射激光,減少缺陷。

        本文采用LDM800同軸送粉式金屬增材制造設(shè)備進(jìn)行樣品制備,樣品尺寸為,樣品如圖2所示,成型方式為激光同軸送粉成型。主要成型參數(shù)如表1所示激光功率1800W,掃描速度10m/s。激光掃描方式見圖2。試樣成分如表2所示

        二、結(jié)果與討論

        如圖4(a)所示為固溶熱處理后激光增材制造TC4鈦合金的抗拉強(qiáng)度,從圖中可以看出隨著固溶溫度增加,TC4鈦合金的抗拉強(qiáng)度先升高在降低。圖4(b)為固溶熱處理后激光增材制造TC4鈦合金的斷后延伸率,從圖中可以看出隨著固溶溫度的增加,TC4鈦合金的斷后收縮率先升高在下降,在900℃時(shí)其延伸率最大。

        表3為固溶熱處理后激光增材制造TC4鈦合金的拉伸性能,從表中可以看出原始態(tài)TC4鈦合金其抗拉強(qiáng)度為848Mpa,隨著固溶溫度的增加,當(dāng)固溶溫度為980℃時(shí),其抗拉強(qiáng)度為971Mpa,當(dāng)固溶溫度為1020℃時(shí),其抗拉強(qiáng)度為956.5Mpa,與980℃相比固溶溫度為1020℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度略有降低。整體來看經(jīng)固溶熱處理后的激光增材制造TC4鈦合金其強(qiáng)度增加。當(dāng)固溶溫度增加至900攝氏度時(shí),斷后延伸率為22%。由原始態(tài)到900℃固溶熱處理,TC4鈦合金的斷后收縮率呈上升趨勢。900℃以后隨著固溶溫度繼續(xù)增加,激光增材制造TC4鈦合金的斷后收縮率快速降低。

        綜合以上分析結(jié)果,當(dāng)固溶溫度為940℃時(shí),激光增材制造TC4鈦合金的拉伸性能最優(yōu)。

        結(jié)論

        經(jīng)固溶熱處理后的激光增材制造TC4鈦合金,其強(qiáng)度隨著固溶溫度的增加,先升高在降低。當(dāng)固溶溫度為980℃時(shí)其強(qiáng)度達(dá)到最高。其斷后延伸率隨著固溶溫度的增加,先升高在降低,當(dāng)固溶溫度為900攝氏度時(shí)其斷后延伸率最高,此后開始下降,綜合考慮當(dāng)固溶溫度為940℃時(shí),激光增材制造TC4鈦合金的拉伸性能最優(yōu)。

        參考文獻(xiàn):

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        作者簡介:姜沐池(1995—)男,漢族,籍貫:遼寧省寬甸滿族自治縣,材料技工工程專業(yè),研究方向?yàn)槟坛尚团c控制技術(shù),鈦合金增材制造

        (沈陽理工大學(xué)?遼寧沈陽 110159)

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