摘要：

钛及钛合金具有比强度高,耐蚀性好,高温力学性能稳定等一系列优异的特性,被视为21世纪最具应用前景的新型结构材料.然而传统铸造工艺制得的钛合金力学性能较差,且后续切削加工难度大,使得复杂精密零件的加工成本居高不下.增材制造技术(3D打印)是一种"自下而上"通过材料累加的制造方法,使无法实现的复杂结构件制造变为可能.本论文通过选区激光熔化打印成形了TA15钛合金块体试样,研究了打印参数对成形试样的微观组织与力学性能的影响规律;在此基础上,选取综合性能较为优异的一组试样进行了热处理,对其组织性能进行进一步的优化;通过小孔法对不同激光工艺参数成形的沉积态试样及退火后试样进行了残余应力检测,探究了TA15钛合金3D打印成形与热处理过程中残余应力的演变规律.主要研究内容与结果如下:(1)研究了激光扫描速率对TA15钛合金组织性能的影响规律.随着扫描速度的增大,成形件中出现直径不一的未融合孔洞缺陷,强度与塑性均有所下降.在激光功率为400 W,扫描间距为0.12 mm,光斑直径为200μm的条件下,以扫描速度1.2 m/s成形的TA15钛合金致密度接近100%,且同时具有较好的综合力学性能.(2)研究了退火处理对成形件微观组织的影响.样品经950℃退火后,组织组成变化较小,初生α相有所长大.经1000℃与1050℃退火后,初生α相全部消失,柱状β晶粒转变为等轴的β晶粒,冷却过程中从β相中析出了大量细小而弥散,具有特定取向的针状马氏体α相.(3)研究了退火处理对成形件力学性能的影响.沉积态样品经950℃退火后具有最好的强塑性匹配,强度为1113 MPa,延伸率为24.9%,与TA15钛合金锻件相当.而在1000℃与1050℃退火时,样件的强度略有提高但塑性急剧下降.退火处理对成形件晶粒取向的影响较小,950℃退火可小幅分散织构的强度,但随着退火温度的提高,其柱状晶区域内的织构强度会有所回升.(4)研究了3D打印及后续热处理过程中成形件残余应力的变化规律.选区激光熔化成形TA15钛合金底部位置残余应力最大,为压应力,而中部和顶部残余应力相对小,且为拉应力.当激光扫描速度由1.2 m/s逐渐增大时,试样底部的残余应力也随之增大,而中部与顶部则变化不明显,沉积态试样经600℃去应力退火后消除了大部分的残余应力,降幅高达80%.

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