超声冲击电弧增材制造钛合金零件的各向异性研究.pdf

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1、航天工艺信息网专栏航天制造技术超声冲击电弧增材制造钛合金零件的各向异性研究F匿何智胡洋曲宏韬(北京航星机器制造有限公司王志敏步贤政，北京100013)摘要：电弧增材制造钛合金构件中容易形成粗大柱状晶，导致组织和力学性能的各向异性，为了解决这一问题，拟采用超声冲击与电弧增材制造相结合来改变内部组织以实现性能的优化。研究发现，超声冲击能够使钛合金沉积层内部的粗大柱状晶转变为细小等轴晶。同时，其抗拉强度各向异性百分比由12．5％缩减为1．5％。超声冲击促进了沉积层的位错增殖及迁移，造成晶粒破碎的同时增多了形核质点。这些新增质点改变了形核环境，提高了变形储

2、能，在后续沉积层热作用下通过回复再结晶和相变形成细小的等轴晶。关键词：超声冲击；电弧增材制造；钛合金；各向异性ResearchonAnisotropyUltrasonicImpactTreatmentofTitaniumAlloyManufacturedbyandWireandArcAdditiveManufactureHeZhiHuYangQuHongtaoWangZhiminBuXianzheng(BeijingHangxingMachineryManufacturingCorporation，Beijing100013)Abstract：Co

3、arsecolumnargrainseasilyformintitaniumalloyduringWAAM(WireandArcadditivemanufacture)，whichleadstopoormechanicalproperties。Inordertosolvethisproblem，UIT(UltrasonicImpactTreatment)andWAAMarecombinedtochangethemicrostructureandimprovethemechanicalproperties．ItwasfoundthatUITavoid

4、edtheformationofcoarsecolumnargrain，andtransformedittofineequiaxedgrains．Meanwhile，theanisotropypercentageofUITedsamplescanbedecreasedfromthe12．5％ofthesamplewithoutUITtothe1．5％．TheUITpromotedthemultiplicationandmigrationofthedislocationsinthedepositedlayers．Itbrokethegrains，an

5、dincreasedthenucleusnumber,whichchangedthenucleatingenvironmentandincreaseddeformationenergy．Itthenchangedcoarsecolumnargrainstobeequiaxedgrainsbyrecovery,recrystallizationandphasetransformationinducedbythethermaleffectofsubsequentdepositedlayers．Keywords：ultrasonicimpacttreat

6、mentwireandarcadditivemanufacture；titaniumalloy；anisotropy1引言采用整体模锻等传统方法制造大型钛合金构件，有着工艺复杂、工序繁多、生产周期长、材料利用率低、生产成本高等不足‘11。据报道，国内采用激光增材制造的大型钛合金构件已成功运用在国产飞机C919的相关部位，虽然在材料利用率及生产成本上显现了一定的优势，但沉积效率较低(一般为几十到几百克／小时)，生产周期方面有待进一步提高。同样基于“增材制造”的思想，电弧增材制造(WAAM，WireArcAdditiveManufacture)以电弧热

7、为热源，丝材为原材料。WAAM相对于激光增材而言，有着沉积效率高(几作者简介：何智(1990一)，硕士，材料加工工程专业：研究方向：电孤增材制造。收稿日期：2016—1卜09航天工艺信息网专栏2016年12月第6期公斤／／J,时)以及设备成本和运行成本低等优点。然而电弧增材制造的Ti．6AI．4V(国内简称TC4)钛合金构件中容易形成粗大柱状晶【231，导致力学性能不佳[4]’严重限制了电弧增材制造大型构件在航空航天等工程中的应用。超声冲击通过引入塑性变形，己成功应用于获得表层纳米晶等方面【5。6J，本文尝试将超声冲击和电弧增材制造相结合，以期通过

8、超声冲击引入的塑性变形与后续沉积层的热作用综合实现组织的转变，达到消除各向异性和优化提升整体性能的目的，为电弧增材制造大型