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电子束快速成型TC18拉伸变形行为及变形机制的研究

作　者: 蔡雨升
导　师: 金光
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 材料学
关键词: TC18钛合金柱状晶拉伸快速成型变形行为变形机制热处理
分类号: TG146.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀、线膨胀系数小、无磁性等许多优点。近年来钛合金在航空航天、化工、军工、车辆工程、生物医学工程和日常生活等各个领域都有着非常重要的应用。TC18钛合金是一种析出相强化的过渡型α+β钛合金，相当于前苏联的BT22合金，其名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe。TC18钛合金具有强度高、淬透深度好等特点，适合于制造大型航空承力结构件。本文系统研究了电子束快速成型TC18钛合金的拉伸变形行为以及不同热处理对TC18显微组织及显微硬度的影响。电子束快速成型是刚刚兴起的一项增材制造技术。利用计算机辅助设计分层处理零件三维模型，进而生成加工流程图。利用电子束作为热源，将金属丝材熔化，依照设计加工流程图进行逐层累积，利用冶金结合，使相邻两层紧密结合，直至生产出完整的金属零件。此项技术的特点是：材料和能量利用率高、生产速度快等。适用于大、中型钛合金等金属零件的制造与修复。本文系统的研究了TC18合金电子束熔丝沉积快速成型条件下，合金柱状晶生长方向与拉伸主应力方向呈不同角度时材料的拉伸变形行为及其损伤变形机制以及不同热处理对TC18显微组织及显微硬度的影响。研究发现，柱状晶生长方向与拉伸主应力方向之间呈现的不同角度对材料的拉伸变形行为有着重要的影响。当取样方向与柱状晶生长方向水平时塑性最好，断裂方式为明显的韧性断裂；当取样方向与柱状晶生长方向呈45°时，材料的强度和塑性达到良好的匹配；而取样方向与柱状晶生长方向呈90°时，材料易发生脆性断裂，断裂方式为脆性沿晶断裂。在单重退火条件下，随着退火温度升高，初生α相体积分数减少，长宽比降低，对亚稳态β基体显微硬度影响不大；在双重退火条件下，低温退火导致细小条状α相析出，使β基体显微硬度显著提高；随着低温退火温度升高，细小条状α相长大、粗化，弥散强化作用降低，从而使β基体硬度降低；在三重退火条件下，第二重中温退火影响竹叶状一次α相的析出量、尺寸和形态，但对β基体硬度影响不大；第三重低温退火过程中同样会析出细小的条状二次α相，导致β基体显微硬度显著提高；对于不同种类α相呈现此消彼长的关系。粗大的初生α和高温一次α析出相对β基体硬度影响较小，而低温退火过程中析出的条状细小α相可显著提高β基体显微硬度，这种低温α析出相尺寸越细小、数量越多，对β基体强化效果越明显。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-14
第1章绪论  14-45
  1.1 引言钛与钛合金  14
  1.2 钛及钛合金的特性  14-17
    1.2.1 钛的物理性质  14-16
    1.2.2 钛的力学性能  16
    1.2.3 钛的化学性能  16-17
  1.3 钛合金中的合金元素  17-21
  1.4 钛合金的分类  21-28
    1.4.1 钛合金的牌号  21-26
    1.4.2 钛合金的分类  26-28
  1.5 钛合金相变  28-31
  1.6 两相钛合金的典型微观组织与特征  31-33
    1.6.1 魏氏组织  31
    1.6.2 网篮组织  31-32
    1.6.3 等轴组织  32
    1.6.4 双态组织  32-33
  1.7 钛合金制备方法  33-37
    1.7.1 自耗电极真空凝壳熔炼  33
    1.7.2 感应加热熔炼  33
    1.7.3 电子束快速成型  33-37
      1.7.3.1 快速成形技术概述  33-35
      1.7.3.2 电子束快速制造技术概述  35-37
      1.7.3.3 电子束快速成形的发展方向  37
  1.8 钛合金的应用  37-40
    1.8.1 钛合金在航空航天领域中的应用  38-39
    1.8.2 钛合金在医学领域中的应用  39-40
    1.8.3 钛合金在近海中的应用  40
    1.8.4 钛合金的发展展望  40
  1.9 TC18 钛合金  40-43
    1.9.1 结构件用钛合金  40-42
    1.9.2 TC18 钛合金的研究现状  42-43
  1.10 选题意义及研究内容  43-45
    1.10.1 课题研究的目的及意义:  43-44
    1.10.2 研究内容:  44
    1.10.3 本课题的特点与创新之处  44-45
第2章实验材料及研究方法  45-52
  2.1 电子束快速成型 TC18 钛合金试样  45-46
  2.2 实验设备  46-48
  2.3 实验方法  48-52
    2.3.1 金相观察  49
    2.3.2 EBSD 观察  49
    2.3.3 热处理实验  49-50
    2.3.4 拉伸性能测试  50-51
    2.3.5 断口观察  51-52
第3章电子束快速成型 TC18 合金的组织形貌  52-58
  3.1 TC18 合金的扫描电镜组织  52-56
    3.1.1 取样方向与柱状晶生长方向水平的试样的组织形貌  54-55
    3.1.2 取样方向与柱状晶生长方向呈 45°角的试样的组织形貌  55
    3.1.3 取样方向与柱状晶生长方向呈 90°角的试样的组织形貌  55-56
  3.2 试样的 EBSD 图片  56-58
第4章 TC18 合金的微拉伸实验  58-68
  4.1 取样方向与柱状晶生长方向呈水平时对拉伸性能的影响  58-61
  4.2 取样方向与柱状晶生长方向呈 45°角时对拉伸性能的影响  61-63
  4.3 取样方向与柱状晶生长方向呈 90°角时对拉伸性能的影响  63-67
  4.4 小结  67-68
第5章 TC18 拉伸实验断口分析  68-77
  5.1 当取样方向与柱状晶生长方向水平时的断口分析  68-72
    5.1.1 宏观形貌  68-70
    5.1.2 微观特征  70-72
  5.2 当取样方向与柱状晶生长方向呈 45°角时的断口分析  72-74
    5.2.1 宏观形貌  72-73
    5.2.2 微观特征  73-74
  5.3 当取样方向与柱状晶生长方向呈 90°角时的断口分析  74-75
    5.3.1 宏观形貌  74
    5.3.2 微观特征  74-75
  5.4 小结  75-77
第6章热处理对 TC18 显微组织及显微硬度的影响  77-86
  6.1 KTC18 三类典型热处理条件下的显微组织  78-82
    6.1.1 单重退火条件下热处理温度对 TC18 显微组织的影响  78-79
    6.1.2 双重退火条件下低温退火温度对显微组织的影响  79-80
    6.1.3 三重退火条件下中温退火温度对 TC18 显微组织的影响  80-82
  6.2 显微组织与显微硬度的关联关系  82-85
    6.2.1 初生α相与基体显微硬度  82-83
    6.2.2 低温α析出相与基体显微硬度  83-84
    6.2.3 一次α相与基体显微硬度  84-85
  6.3 小结  85-86
结论  86-87
参考文献  87-92
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  92-93
致谢  93-95

电子束快速成型TC18拉伸变形行为及变形机制的研究

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