电磁搅拌辅助激光沉积成形钛合金试验研究.pdf

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1、第41卷第3期中国激光Vol_41，No．32014年3月CHINESEJOURNALOFLASERSMarch。2014电磁搅拌辅助激光沉积成形钛合金试验研究钦兰云杨光卞宏友王维任宇航(沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室，辽宁沈阳110136)摘要为了研究磁场搅拌对激光沉积钛合金组织和性能的影响，将自行设计的旋转磁场引入到激光成形系统中，并进行了钛合金沉积成形实验。考察了不同磁场参数下试样的宏观形貌和微观组织，测量了激光沉积层的显微硬度。结果显示：磁场引起激光熔池的强烈对流，使单道沉积层的表面呈现下凹状；且在一定范

2、围内，磁场搅拌速率越快，沉积层a片层组织越细密，硬度越大，可达440HV。表明旋转磁场加剧了熔池的对流，从而加快了其冷却速度，细化了沉积层内的片层组织，并提高沉积层的力学性能。关键词激光技术；钛合金；电磁搅拌；激光沉积成形；微观组织中图分类号TG665文献标识码Adoi：10．3788／CJL2O1441．0303004ExperimentalStudyonElectromagneticStirringAssistedLaserMetalDepositionTitaniumAlloyQinLanyunYangGuangBianHong

3、youWangWeiRenYuhang(KeyLaboratoryofFundamentalScienceforNationalDefenceofAeronauticalDigitalManufacturingProcess，ShenyangAerospaceUniversity，Shenyang，Liaoningl10136，China)AbstractTostudytheeffectsofmagneticfieldstirringonthelasermetaldeposition(LMD)parts，adeviceofrotati

4、ngmagneticfieldisdesignedandintroducedtotheLMDprocessesoftitaniumalloy．ThemicrostructureofthelaserdepositionlayersiScharacterizedandthedepositionlayersmicrohardnessiStested．Theresultsshowthattheconvectioninthelasermeltingpoolcausedbymagneticfieldmakesthetopcross-section

5、ofsinglepassconcave-shaped．Withthehigherrotatingspeedofmagneticfield，the口lamellariSfiner，andthemicro-hardnessofdepositionlayersismuchharderwhichcanbe440HVo1．Itindicatesthatrotatingmagneticfieldintensifiestheconvectioninthepoolandincreasesitscoolingspeed，whichleadstofine

6、rmicrostructuresandbettermechanicalproperty．Keywordslasertechnique；titaniumalloy；electromagneticstirring；lasermetaldeposition；microstructureOCIScodes350．3850；000．2170；000．2190；000．31101引言对金属的机械性能有很大的影响，在常温下，金属的晶粒越细小，则强度和硬度越高，同时塑性和韧性也目前国内外学者对于钛合金的激光沉积成形／越好。研究表明_6钛合金的组织对其

7、性能影响很修复已经进行了一些研究工作口]，但在激光沉积大，其特征组织(晶粒、片层集束、片层等)尺寸小，材钛合金的过程中，材料的熔化、凝固和冷却都是在极快的条件下进行的，沉积成形过程中物理、化学、力料具有优越的力学性能。目前减少钛合金激光沉积学和材料冶金现象极其复杂，这使得成形工件很容制造熔合不良、气孔、裂纹及变形，调控组织的方法易出现宏观变形开裂和气孔、微裂纹等内部质量缺主要有：改变沉积工艺l8]、对激光熔池施加外场搅陷，且组织为较粗大的柱状晶。而通常晶粒的大小拌_9、热处理l-】等。其中电磁搅拌在焊接、激光收稿日期：2013—08—

8、2O；收到修改稿日期：2013—10—31基金项目：国家自然基金(51305280，51375316)、辽宁省教育厅科学技术研究项目(L2013077)、国防基础科研项目(A3520133001)作者简介：钦兰云(197