电子束熔丝沉积快速制造成型技术与组织特征

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1、制造技术唧究2010年2月第1期电子束熔丝沉积快速制造成型技术与组织特征陈哲源锁红波李晋炜(北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室，北京100024)摘要：利用电子束熔丝沉积快速制造技术制备了TC4钛合金薄壁结构和实体结构试样，分析了成型技术特点，探讨了组织形貌特征及形成机制。研究表明：对于薄壁结构，采用合理的工艺参数，获得的熔积层的宽度为7．4mm，层高为1．5mm；结构纵截面的组织形貌特征是原始13柱状晶与沉积高度方向大约成150角，较为粗大，宽3—5mm，单个柱状晶贯穿几层到十几层熔积层不等。对于实体结构，熔积间距为4．7mm时得到的试样表面较为平整，熔积高度基本一致；试样纵截

2、面可观察到明显的层带，而原始13柱状晶垂直向上生长。关键词：电子束；熔丝沉积；快速制造；成型特点TheFormingCharacterofElectronBeamFreeformFabricationChenZheyuanSuoHongboLiJinwei(BeijingAeronauticalManufacturingTechnologyResearchInstitute，Beijing100024)Abstract：ElectronBeamFreeFormFabrication(EBF)isanadvancedrapidmanufacturingtechnologybasedonelect

3、ronbeamweldingwithfillerwire．Inthispaper,twokindsofTC4titaniumcomponentswerepreparedbyEBP，oneisthin—wallpartsandtheotheriscubicsampleswithlargedimension．Thedepositingcharacteristicsduringtheprocess，microstruetureappearancesandformationmechanismwerediscussedindetail。Theresultsshowthatasingle-eladtrac

4、kwiththewidthof7．4nllnandtheheightof1．5lainwereproperfordepositingthin—wallparts．TheCROSS—sectionMstructureswerecomposedofprimarysolidifiedpcolumnargrainswhichderivingabout15。fromthedepositingdirection．Thediametersofthegrainswereintherangeof3to5millwhichpresentanepitaxialgrowthmodeandcrossingseveral

5、layers．Whiledepositingthelargescalecubiccomponents，theintervalwidthbetweentwotracksof4．7l／U／1ispreferableforacquiringsmoothsurfacesanduniformheights．Distinguishedwiththethin—wallparts’structures，theprimarysolidifiedpcolumnargrainsinthecubicgrewvertically．Keywords：electronbeam：fuseddeposidomrapidmanu

6、facturing；formingcharacter1引言电子束熔丝沉积快速制造技术是近年来发展起来的～种新型增材制造技术。与其它快速成型技术一样，需要对零件的三维CAD模型进行分层处理，并生成加工路径。利用电子束作为热源，熔化送进的金属丝材，按照预定路径逐层堆积，并与前一层面形成冶金结合，直至形成致密的金属零件。该技术具有成型速度快、保护效果好、材料利用率高、能量转化率高等特点，适合大中型钛合金、铝合金等活性金属零件的成型制造与结构修复。目前，美国NASALangleyResearchCenter、Sciaky公司、LockheedMartin公司等研究单位针对航空航天钛合金、铝合金结构开展

7、了大量研究⋯，最大成型速度达到了3500cm3／h，较之其它的金属快速成型技术，效率提高了数十倍。利用该项技术完成了F．22上钛合金支座的直接制造，该零件成功通过了两个周期的最大载荷全谱疲劳测试，并未发现永久变形。北京航空制造工程研究所于2006年开始电子束作者简介：陈哲源(1983-)，硕士，材料加工工程专业；研究方向：电子束快速制造方法及设备。收稿口期：2009-11-26羽造技术研究航天制造