电子束增材制造设备及应用进展

电子束增材制造是增材制造技术的主要方向之一,它在真空中进行,具有能量利用率高、零件残余应力低等优势,在航空航天、医疗领域获得较为广泛的应用。介绍了两种电子束增材制造方法——电子束选区熔化和电子束熔丝沉积,总结了设备、电子枪、工艺、材料组织调控等方面的研究与应用进展,并对电子束增材制造技术的发展进行了展望。

整体预热对TNM合金电子束焊接接头组织的影响

为抑制发动机TiAl合金新材料的焊接裂纹、改善接头组织,采用整体预热的方式在300℃和500℃恒温环境下,对TNM(Ti-43.5Al-4Nb-1Mo-0.1B)合金试板进行电子束焊接工艺试验,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及电子背散射衍射(EBSD)等方法对焊接接头显微组织进行表征,分析了预热温度对焊接裂纹、焊缝形貌、晶粒尺寸、相组成以及硬度等的影响。结果表明,随着预热温度的升高,焊缝宽度有所增加,并且裂纹在预热温度为500℃时消失;靠近焊缝侧的热影响区晶粒明显长大,而远离焊缝侧的热影响区晶粒出现细化;当预热温度升高,焊缝组织中α_(2)相含量减少,γ相含量增加,预热温度为500℃时,γ相含量增加至85.5%,成为焊接接头的主相,同时α_(2)相的类片层状特征消失;通过提升预热温度,TNM合金焊缝位错密度和硬度有明显降低。

亚稳β钛合金Ti-1500热变形行为

通过等温热压缩试验研究了新型亚稳β钛合金Ti-1500在750~910℃、0.001~10 s^(-1)条件下的热变形行为。建立了耦合应变的双曲正弦型Arrhenius本构方程,基于动态材料模型及Prasad流变失稳准则构建了热加工图,分析了变形后的显微组织。结果表明,随着变形温度升高、应变速率降低,合金的流变应力降低,相同条件下合金的峰值流变应力略高于Ti55531合金,低于M28合金。合金在两相区的平均热变形激活能为291.36 kJ/mol,远高于纯钛的自扩散激活能,β单相区为153.96 kJ/mol,与纯钛的自扩散激活能接近。两相区能量耗散效率峰值位于低应变速率(0.001 s^(-1));单相区能量耗散效率峰值位于中低应变速率(0.01~0.1 s^(-1));所有试验温度下,应变速率高于1 s^(-1)时发生变形失稳。结合显微组织分析可以将变形分为3个区域,即低温低应变速率下的β→α相变区、中高温低应变速率下的β再结晶区以及高应变速率下变形不均匀的失稳区。