TIG增材制造TC4钛合金力学性能及工艺参数的影响规律.pdf

学兔兔 俘搭 TIG增材制造 TC4钛合金力学性能 及工艺参数 的影 响规律 新 乡 职 业 技 术 学 院 机 电 系(453000) 张 萍 黄 河 科 技 学 院(郑州市 450063) 刘德波 哈尔滨工业大学 先进焊接与连接 国家重点实验室(150001) 师建行 林三宝 刘 宁 摘要 采用TIG增材制造的方法成型TC4钛合金零件 ，并对成型件的力学性能特征及焊接工艺参数对成型零 件的力学性能的影响规律进行研究。研究发现，所成型零件的力学性能存在着各向异性 ，这是 由于柱状晶定向生 长造成的。沉积态TC4钛合金的力学性能能够满足美国机械工程学会对于沉积态钛合金的最新标准 AMS4999： 2002。参数的影响规律如下：随着焊接电流的增加 ，和z方向上的抗拉强度有所降低而断后伸长率提高；随着焊 接速度的增加，X和z方向上的抗拉强度提高而断后伸长率降低 ；随着送丝速度的增加， 方向上的抗拉强度和断 后伸长率都有所降低，而z方向上的抗拉强度和断后伸长率均有所提高；随着层间间隔时间的增加， 方向和 z方 向上的抗拉强度和断后伸长率都有所提高。 关键词： 增材制造 钛合金 力学性能 中图分类号： TG115．28 0 前 言 1 试 验 TIG增材制造技术 (以TIG电弧作为热源)是一 试验所用的TIG增材制造系统如图 1所示。所用 种先进 的零件直接成型技术 ¨-51。TC4钛合金是一 的焊机为德 国Cloos公司开发的GLW300型TIG焊接 种广泛应用于航空、航天领域 的金属 。对于 TC4钛 电源 。采用单轴滑台作为运动单元，可在平面 内实现 合金零件来说，传统的加工制造方法是锻压和铸造， 往复轨迹 的运动。采用有机玻璃搭建氩气保护舱 。试 但传统制造方法需要模具 ，生产成本较高，而且生产 验所用的基板为 150mmX50mm×5mm的TC4钛合 周期很长，难 以满足当今社会快速变化的市场需求。 金板材，焊丝采用 TC4钛合金焊丝，TC4板材和焊丝成 采用 TIG增材制造直接成型零件的方法不但可以大 分见表 1，焊丝直径61．2mm。 大降低生产成本 ，而且能够大幅度缩短产品的生产 周期 ，从而达 到适应快速变化 的市场 需求 的 目 的 。但 目前对钛合金 TIG增材制造技术研究 较少 ，所 以成型零件能否达到甚至超过传统加工制 造方法所生产零件的力学性能指标是研究者们比较 关注的问题 。众所周知 ，焊接工艺参数是影响成型 零件力学性 能的关键 。为了探究焊接工艺参数对 TC4钛合金增材制造成型零件力学性能的影响规 律 ，文 中以焊接 电流、焊接速度 、送丝速度及层 问间 图1 TIG增材制造设备 隔时间为主要考虑的工艺参数 。采用控制变量法研 表 1 TC4基板和焊丝成份 (质量分数 。％) 究各个参数对包括抗拉强度和断后伸长率在 内的力 学性能指标 的影响规律 。 收稿 日期 ：2015—01—2l 2015年第 1O期 45 学兔兔 r蜉掳 生产应用 采用多组工艺参数制造薄壁零件 ，零件的长度均 表 3 拉伸试验结果