选择性激光熔化成形tc4钛合金开裂行为及其机理研究_张升

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1、第49卷第23期机械工程学报Vol.49No.232013年12月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGDec.2013DOI：10.3901/JME.2013.23.021选择性激光熔化成形TC4钛合金*开裂行为及其机理研究张升桂睿智魏青松史玉升(华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074)摘要：裂纹是选择性激光熔化(Selectivelasermelting,SLM)成形Ti6-Al-4V(TC4)钛合金过程中最常见、破坏性最大的一种缺陷。采用逐行交替的扫描策略制备TC4钛合金试样，利用扫描电子显微镜及X射线能谱分析等检测方法，研究SLM成形TC

2、4钛合金过程中裂纹的开裂行为及其形成机理。结果表明，SLM成形TC4钛合金所产生的裂纹为冷裂纹，具有典型的穿晶开裂特征。采用逐行交替扫描策略成形的TC4钛合金，其组织为网篮状马氏体组织。SLM成形过程中高温度梯度导致制件内部存在较高的残余应力，抗裂强度较差的马氏体组织在残余应力的作用下而产生裂纹，粗大的裂纹最终分解为较小的裂纹而终止扩展。进一步分析认为，通过调整成形工艺参数，可以改变制件组织，同时削弱残余应力，从而达到减弱或消除裂纹的目的。关键词：选择性激光熔化TC4钛合金裂纹形成机理中图分类号：TG142CrackingBehaviorandFormationMechanismofTC4

3、AlloyFormedbySelectiveLaserMeltingZHANGShengGUIRuizhiWEIQingsongSHIYusheng(StateKeyLabofMaterialsProcessingandDie&MoldTechnology,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074)Abstract：Crackisthemostcommonandgreatdestructivedefectinselectivelasermelting(SLM)Ti6Al4V(TC4)alloyprocess.ATC4alloy

4、testspecimenisfabricatedbyprogressivealternativescanstrategyinSLMprocess.ThecrackingbehaviorandformationmechanismisdiscussedinTC4alloySLMprocessingusingscanningelectronmicroscopyandX-rayenergyspectrumanalysis.TheexperimentalresultsshowthatthecrackisconsideredascoldcrackinginSLMTC4alloypart,whichha

5、stypicalcharacteristicofthetransgranularfracture.Byusingtheprogressivealternativescanstrategy,thebasket-likemartensiticstructureisformedinSLMprocess.ThehighresidualstressiscausedbyhightemperatureinformingprocessofSLMpart.Undertheresidualstress,thecracklewilloccurinthemartensiticstructurebecauseith

6、aspoorcrackingstrength.Finally,thecoarsecrackdecomposesintosmallercracksintheprocessofexpansionandtheextensionisterminated.Furtherresearchshowsthatbyimprovingtheprocessparameters,themicrostructureofTC4alloywillbechangedandtheresidualstresswillbeweakened.Atthesametime,achievingtothepurposeofweakeni

7、ngoreliminatingcracks.Keywords：SelectivelasermeltingTC4alloyCrackingFormationmechanism高、耐热及耐腐蚀性好、生物相容性优异等优点，*0前言在航空、化工、兵器、核工业、运动器材及医疗等[1-3]领域得到了广泛的应用。用锻造和铸造技术制备Ti6-Al-4V(TC4)钛合金因具有密度低、比强度的TC4钛合金件已被成功地应用在高技术领域，如军用