电子束熔丝成形TC4合金的组织和拉伸力学行为研究
发布时间：2025-05-20 00:19
电子束快速成形(EBRM)是以电子束为热源、金属丝材为送给原料的3D打印技术,该技术具有成形速度快、可加工尺寸大、复杂构件近净成形无需磨具等优点,近些年来在国内外受到了越来越多的关注。本文以EBRM制备的TC4合金为研究对象,利用扫描电镜、电子背向散射衍射、透射电镜和X射线衍射仪等实验方法,系统地研究了沉积态、热等静压(HIP)和退火后合金的显微组织,织构和室温力学性能。通过原位/准原位拉伸等实验手段,研究了TC4合金在单向加载条件下的塑性变形和断裂行为。结合理论计算的方法分析了引起EBRM制备TC4合金力学各向异性和变形不均匀性的主要因素,建立了合金的显微组织与力学性能之间的关系,为EBRM制备TC4合金的力学性能一致性控制提供基础及依据。EBRM制备的TC4合金存在近似平行于Z方向的原始β柱状晶粒,且柱状晶具有<100>β//Z方向的丝织构。柱状晶宽度尺寸随着沉积高度的增加在初始阶段迅速增加,后续晶粒的宽度尺寸增加变缓。柱状晶内为细小的α板条组织,由于合金在不同沉积高度上所经历的热循环次数不同,α板条沿着Z方向呈现出梯度的变化。合金具有典型的转变α相织构。随着合金沉积高度...
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 钛与钛合金
1.2.1 钛的晶体结构
1.2.2 钛的合金元素以及钛合金分类
1.2.3 α+β型钛合金典型组织
1.2.4 钛合金的变形机制
1.2.5 钛合金的织构及其对力学性能的影响
1.3 金属3D打印和电子束熔丝快速成形
1.4 国外EBRM技术的研究现状
1.4.1 EBRM技术发展概况
1.4.2 EBRM成形材料显微组织及力学性能研究
1.4.3 热源特性、熔池行为及EBRM成形结构的应力和变形控制
1.5 国内EBRM技术的研究现状
1.5.1 EBRM成形的显微组织和力学性能的研究进展
1.5.2 EBRM成形的缺陷研究现状
1.5.3 热源特性,熔池行为,应力分布的研究进展
1.6 选题的目的及意义
1.7 本论文的主要研究内容
第二章 实验材料与方法
2.1 实验材料
2.2 热处理工艺
2.3 材料组织与织构观察
2.3.1 显微组织观察和物相分析
2.3.2 合金内部缺陷观察
2.3.3 透射电镜TEM观察
2.3.4 织构测定及分析
2.4 材料力学性能测试
2.4.1 硬度测试
2.4.2 室温拉伸性能
2.4.3 室温冲击韧性
2.5 材料拉伸变形和断裂机制分析方法
2.5.1 合金变形行为的观察和分析
2.5.2 合金断裂观察和分析
2.5.3 滑移迹线标定和施密特因子的计算方法
第三章 EBRM制备TC4合金的显微组织和织构
3.1 引言
3.2 实验结果
3.2.1 沉积态合金的组织结构
3.2.2 热处理后合金的组织结构
3.3 结果讨论
3.3.1 EBRM制备TC4合金的织构
3.3.2 EBRM制备TC4合金内α板条的空间取向
3.4 本章小结
第四章 EBRM制备TC4合金的力学性能
4.1 引言
4.2 实验结果
4.2.1 沉积态合金的力学性能
4.2.2 HIP合金的力学性能
4.2.3 双重退火后合金的力学性能
4.3 本章小结
第五章 EBRM制备TC4合金的变形和断裂机制
5.1 引言
5.2 实验结果
5.2.1 沉积态合金的变形行为
5.2.2 沉积态合金的断裂行为
5.2.3 HIP后合金的变形行为和断裂行为
5.2.4 不同退火温度合金的变形和断裂行为
5.3 分析与讨论
5.3.1 EBRM制备TC4合金中的滑移传递
5.3.2 EBRM制备TC4合金的变形行为
5.4 本章小结
第六章 EBRM制备TC4合金的各向异性和变形不均匀性
6.1 引言
6.2 EBRM制备TC4合金的各向异性和变形不均匀性的讨论
6.2.1 拉伸强度的各向异性
6.2.2 拉伸试样的变形不均匀性
6.2.3 拉伸塑性的各向异性
6.3 本章小结
第七章 全文结论
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果
作者简介
本文编号：4046550
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 钛与钛合金
1.2.1 钛的晶体结构
1.2.2 钛的合金元素以及钛合金分类
1.2.3 α+β型钛合金典型组织
1.2.4 钛合金的变形机制
1.2.5 钛合金的织构及其对力学性能的影响
1.3 金属3D打印和电子束熔丝快速成形
1.4 国外EBRM技术的研究现状
1.4.1 EBRM技术发展概况
1.4.2 EBRM成形材料显微组织及力学性能研究
1.4.3 热源特性、熔池行为及EBRM成形结构的应力和变形控制
1.5 国内EBRM技术的研究现状
1.5.1 EBRM成形的显微组织和力学性能的研究进展
1.5.2 EBRM成形的缺陷研究现状
1.5.3 热源特性,熔池行为,应力分布的研究进展
1.6 选题的目的及意义
1.7 本论文的主要研究内容
第二章 实验材料与方法
2.1 实验材料
2.2 热处理工艺
2.3 材料组织与织构观察
2.3.1 显微组织观察和物相分析
2.3.2 合金内部缺陷观察
2.3.3 透射电镜TEM观察
2.3.4 织构测定及分析
2.4 材料力学性能测试
2.4.1 硬度测试
2.4.2 室温拉伸性能
2.4.3 室温冲击韧性
2.5 材料拉伸变形和断裂机制分析方法
2.5.1 合金变形行为的观察和分析
2.5.2 合金断裂观察和分析
2.5.3 滑移迹线标定和施密特因子的计算方法
第三章 EBRM制备TC4合金的显微组织和织构
3.1 引言
3.2 实验结果
3.2.1 沉积态合金的组织结构
3.2.2 热处理后合金的组织结构
3.3 结果讨论
3.3.1 EBRM制备TC4合金的织构
3.3.2 EBRM制备TC4合金内α板条的空间取向
3.4 本章小结
第四章 EBRM制备TC4合金的力学性能
4.1 引言
4.2 实验结果
4.2.1 沉积态合金的力学性能
4.2.2 HIP合金的力学性能
4.2.3 双重退火后合金的力学性能
4.3 本章小结
第五章 EBRM制备TC4合金的变形和断裂机制
5.1 引言
5.2 实验结果
5.2.1 沉积态合金的变形行为
5.2.2 沉积态合金的断裂行为
5.2.3 HIP后合金的变形行为和断裂行为
5.2.4 不同退火温度合金的变形和断裂行为
5.3 分析与讨论
5.3.1 EBRM制备TC4合金中的滑移传递
5.3.2 EBRM制备TC4合金的变形行为
5.4 本章小结
第六章 EBRM制备TC4合金的各向异性和变形不均匀性
6.1 引言
6.2 EBRM制备TC4合金的各向异性和变形不均匀性的讨论
6.2.1 拉伸强度的各向异性
6.2.2 拉伸试样的变形不均匀性
6.2.3 拉伸塑性的各向异性
6.3 本章小结
第七章 全文结论
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其它研究成果
作者简介
本文编号：4046550
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