混合元素法激光立体成形Ti-6Al-4V的组织及性能研究(英文)

以Ti、Al、V混合元素粉末为原料激光沉积Ti-6Al-4V,并对沉积态试样的组织演化及力学性能进行研究。结果表明,与采用预合金Ti-6Al-4V粉末为原料所获得的沉积试样的凝固组织特征有所不同,采用混合元素粉末为原料获得的沉积试样的凝固组织随激光功率的提高逐渐由等轴晶转化为柱状晶,熔池内合金化过程所产生的混合热的扰动作用是导致低功率条件下等轴晶形成的原因。原始β晶粒内的微观组织由大量的魏氏α板条和一定体积分数的板条间β相组成。这与采用预合金粉末基本相同。混合元素法激光立体成形Ti-6Al-4V的氧含量仅约0.1wt.%,沉积态Ti-6Al-4V的室温拉伸性能超过锻件标准要求。

混合元素法激光立体成形过程粉末输送性研究

混合元素法激光立体成形(LSF)过程中元素粉末的输送性对沉积试样的化学成分有重要影响,为实现混合元素法激光立体成形过程中各元素粉末的输送一致性,进而保证沉积试样的化学成分与目标成分一致,对混合元素法激光立体成形过程中的粉术输送性展开研究。结合喷嘴管道内外气-粉两相流分析,建立粉末颗粒在喷嘴管道内外的运动微分方程,揭示元素粉末特性对粉术输送性的影响规律。结果表明,送粉工艺一定的条件下,元素粉末的出口速度和加速度均随粉术密度和粒度的减小而增大。各元素粉末的输送一致性条件为在送粉工艺一定的情况下,各元素粉末流具有相同的出口速度。基于以上的粉末输送一致性条件,获得混合元素法激光立体成形过程中各元素粉末特性的匹配关系,进而保证了激光直接沉积试样的成分与预混合元素粉末成分的一致。

激光多层熔覆沉积预混合Ti-xAl-yV合金粉末在熔池中的熔化与偏析行为

研究了混合元素法激光立体成形(LSF)钛合金,结合激光熔池内粉末颗粒熔化时间的计算以及熔池固液界面运动分析,揭示了混合元素法激光立体成形熔覆层内未熔粉末颗粒的形成机理,即元素粉末颗粒进入激光熔池内的"不熔区"是导致合金熔覆层内产生未熔粉末颗粒的根本原因。熔覆材料为球形时,未熔粉末颗粒呈"月牙"形或球形,实验观察结果与理论分析吻合很好。进一步研究了Ti-xAl-yV合金熔覆层内成分偏析带的形貌特征及产生条件:元素V含量较高时,Ti-xAl-yV合金熔覆层内易产生规律分布的成分偏析带,这是由于激光熔池内固液界面前沿熔体流动速度过低、合金化不充分而导致的。通过控制粉末输送参数、粉末性质参数和成形工艺条件,能够获得成分均匀的合金熔覆层。

混合焓对激光多层沉积Ti-6Al-4V合金凝固组织的影响

分别以预合金粉末和混合元素粉末为原料进行激光多层沉积Ti-6A-4V合金,采用XRD研究了预合金粉末、混合元素粉末和沉积试样的相组成,采用金相显微镜研究了沉积试样的凝固组织.结果表明,预合金法激光多层沉积Ti-6Al-4V合金的凝固组织由外延生长的柱状晶组成,且随激光功率的提高,合金凝固组织倾向于由柱状晶转变为等轴晶;随着激光功率由1600 W增加至2700 W,混合元素法激光多层沉积Ti-6Al-4V合金的凝固组织则由粗大等轴晶逐渐转变为外延生长的柱状晶.扫描速率对合金凝固组织的影响较小.对混合焓对合金凝固组织的影响进行了讨论.