电弧增材制造技术及其在TC4钛合金中的应用研究进展

增材制造是于20世纪80年代中期发展起来的一门新兴技术,因能快速精确地制造出形状复杂的结构件而受到广泛关注。电弧增材制造是以电弧为热源,采用逐层堆焊的方式制造出致密的金属构件,具有制造成本低廉、成形效率高的突出特点,在大尺寸、复杂零件的快速成形技术中表现出明显的优势,因而在航空航天、汽车船舶等领域有广阔的应用前景。TC4的化学活性高、热导率低、强度高,具有优异的综合力学性能,是应用最广泛的钛合金。TC4并不适合采用传统的加工方法制备,因此采用电弧增材制造的方法成形TC4结构件。但成形件典型的宏观组织为外延生长的柱状晶,导致其力学性能存在各向异性。本文综述了电弧增材制造的发展历史,结合该技术的特征及国内外研究现状,介绍了电弧增材制造TC4钛合金成形件的组织及性能方面的研究进展。     

电弧增材制造TC4钛合金宏观晶粒演化规律

由于电弧增材制造是目前众多增材制造方法中的研究热点之一,且TC4是研究最广泛的钛合金,因此本工作研究了电弧增材制造TC4直壁墙的宏观组织演变。首先通过单道单层实验修正双椭球热源模型的形状参数,应用修正后的模型模拟四组直壁墙成形过程中的温度场及温度变化速率,通过模拟结果分析组织的演变规律。直壁墙底部为等轴晶组织,上部为柱状晶组织。低焊接电流有助于等轴晶的形成,但等轴晶区的尺寸及等轴晶的大小与线能量密度无关。