ti5al25sn+eli合金的电子束快速成形技术研究

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1、Ti．5A1．2．5SnELI合金的电子束快速成形技术研究摘要电子束选区熔化技术(ElectronBeamSelectiveMelting，EBSM)，是RP(Rapidprototyping)技术最新、最前沿的发展方向，类似于快速成型技术中的SLS、SLM技术，也是以“离散+堆积’’的成型思想为基础，通过增材制造直接成形金属零件；同时它也是少有的几种不需要粘结剂的快速成型工艺。论文针对Ti．5A1．2．5SnELI(TA7ELI)合金粉末在电子束轰击作用下极易发生粉末飞散现象进行了模型设计、机理分析和实验验证。通过对等离子旋转电极雾化法和氢化脱氢法两种不同工艺制备的TA7ELI钛合金粉末进

2、行粉末飞溅和一维成形实验，实验结果表明用两种工艺制备的混合粉末在电子束轰击下无飞溅；成形件一维扫描线连续，表面光滑，边缘无毛刺；由实验结果验证了粉末受力模型设计正确，并得到金属粉末在工作状态下承受的最大工作电流数学表达式(即飞散电流)。分别采用不同粉末粒度范围、不同工作电流、不同松装密度等金属粉末，找出它们之间的最佳匹配关系，得出一套最佳的工艺参数。本实验最终采用的优化工艺为：粉末采用粒度范围在60％的801xm"--200pro的球形粉末和40％的609m'--100pro非球形粉末，按照3：2的比例配制出混合粉末并混料3小时；工作电流在2．5～3．5mA；束斑直径为0．3mm；扫描速度为

3、40mm／s；真空度为2--．一3x10。2pa；加速电压50KV；聚焦电流400mA；作用时间6msZ字形扫描路径、填充线间距0．15mm、搭接率50％。用该工艺成功制备了TA7ELI成形件。对混合粉末的形貌、成形件的显微组织、力学性能及易挥发成分元素进行检测。其中零件的致密度可以达到97％，抗拉强度740MPa，延伸率7％，断面收缩率22％，接近锻造Ti．5AI．2．5SnELI合金的性能水平。致密度高的主要原因是电子束很高的能量利用率在烧结过程中产生瞬时液相，同时高真空下原始粉末颗粒表面的氧逸出，净化原始颗粒界面，提高粉末烧结活性及高真空下合金中有害气体元素N、H、O的挥发；快速的冷凝

4、过程有助于产生细小的晶粒，增加晶界数量。致密度的提高、钛合金基体氧含量的降低以及晶粒的细化都有助于材料力学性能的提高。关键词：快速制造，钛合金粉末，选区熔化，电子束RESEARCHoNRAREANDHARDMEI』rMETALRAPIDPRoToTYPINGTECHNoLoGYBYELECTRoNBEAMSELECTIVEMEUI'INGAbstractElectronBeamSelectiveMelting(EBSM)iSanewkindofdirectmetalrapidmanufacturingtechnology,whichCallbeviewedastheintegrationof

5、electronbeammanufacturingandrapidprototypingtechnologies．Duringthepast，however,onlyafewrelatedresearchworkshavebeenpublishedaroundtheworld．EBSMhaSsomeadvantages，such嬲highenergydensityandabsorption，noreflection，nocontaminationbyoxides，scanningwithoutmovingparts，hi曲buildspeeds，lowmanufacturingcosts，e

6、tc．Itisexpectedthatsomehighperformanceapplicationwithinautomotiveandaerospaceindustryinlowvolumes，mobilepartshospitalaswellasbiomedicalapplicationssuchashumanimplantscallbeproducedbythistechnology．Beginningwiththeoreticalanalysisandexperimentalstudy,thepushingphenomenonofpowdersunderanelectronbeamc

7、urrentisclarifiedtobemainlyinfluencedbyfrictionpropertiesbetweenpowders，fluidityofpowders，anelectronbeamcurrent，andanacceleratevoltage．Themaximumelectronbeamcurrentandthemaximumelectronbeamscanningspeedthat