選擇性激光熔化成形Ti-6Al-4V的滾動(dòng)接觸疲勞性能研究.pdf

1、選擇性激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）技術(shù)是在增材制造（3D打?。╊I(lǐng)域最具有發(fā)展前景的技術(shù)，SLM成形件可不經(jīng)過(guò)處理或簡(jiǎn)單處理實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，比如航空航天中的復(fù)雜薄壁件和輕量化的多孔件，醫(yī)療個(gè)性化的植入體等。隨著該技術(shù)的迅猛發(fā)展，SLM必將應(yīng)用于制造業(yè)的各領(lǐng)域。鈦合金是航空航天、醫(yī)療中使用最多的材料，對(duì)SLM鈦合金件的機(jī)械性能研究有很多，但大部分都是關(guān)于靜態(tài)性能的，對(duì)其動(dòng)態(tài)性能的研究很少。零件的動(dòng)態(tài)性能數(shù)

2、據(jù)缺少，是限制其應(yīng)用的主要原因。疲勞特性研究是動(dòng)態(tài)性能研究的基礎(chǔ)。滾動(dòng)接觸疲勞是疲勞中常見(jiàn)一種形式，零件的滾動(dòng)接觸疲勞性能與自身的材料、制造缺陷、硬度、表面粗糙度等有關(guān)。本文對(duì)SLM成形Ti-6Al-4V樣件的滾動(dòng)接觸疲勞性能進(jìn)行了研究，包括影響因素，疲勞壽命，失效形式和失效機(jī)理，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：
　?、傺芯苛?SLM成形 Ti-6Al-4V樣件的致密度特性，致密度達(dá)到理論密度的99.5%，接近實(shí)體密度，致密度是評(píng)價(jià)SLM

3、件成形性能的最基本標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)SLM成形件的機(jī)械性能影響最大，致密度越高機(jī)械性能越好?？紤]到表面質(zhì)量對(duì)滾動(dòng)接觸疲勞性能的影響，本文同時(shí)研究了SLM成形工藝對(duì)Ti-6Al-4V件表面粗糙度的影響，結(jié)果表明能量密度是表面粗糙度的主要影響因素，提出了Ti-6Al-4V件的表面粗糙度后處理改進(jìn)措施，結(jié)果表明拋光處理顯著提高了SLM件的表面質(zhì)量。
　?、诳紤]硬度對(duì)滾動(dòng)接觸疲勞性能的影響，研究了SLM成形Ti-6Al-4V樣件熱處理前后的顯微硬度

4、。對(duì)SLM成形Ti-6Al-4V樣件熱處理前后的顯微硬度進(jìn)行測(cè)試，并和相應(yīng)同牌號(hào)鍛件的硬度進(jìn)行了比較：SLM件的顯微硬度373HV，熱處理后提高至403.3HV，高于鍛件硬度值（ASTM B381-2010，340~395HV）。研究了SLM成形Ti-6Al-4V件機(jī)械性能，對(duì)SLM成形Ti-6Al-4V件進(jìn)行常溫拉伸試驗(yàn)，得到拉伸強(qiáng)度1286 MPa和延伸率8.3%；拉伸強(qiáng)度高于傳統(tǒng)鑄鍛件，延伸率低于傳統(tǒng)鑄鍛件；SLM成形Ti-6Al

5、-4V件的斷口形貌分析表明斷裂類型為是韌性斷裂，斷裂的主要原因是樣件內(nèi)部存在未熔粉、孔洞等工藝缺陷。
　?、垩芯苛?SLM成形 Ti-6Al-4V件不同后處理形式的滾動(dòng)接觸疲勞性能。對(duì)SLM成形 Ti-6Al-4V件滾動(dòng)疲勞測(cè)試件進(jìn)行后處理，將測(cè)試樣件分為不處理組、拋光組、熱處理組和熱處理+拋光組，分別測(cè)試四組件的滾動(dòng)疲勞壽命發(fā)現(xiàn)：不處理的 SLM件壽命最低，熱處理件、拋光件的疲勞壽命顯著提高，熱處理+拋光件的滾動(dòng)接觸疲勞壽命最高

6、。
　?、軐LM件和鍛件的滾動(dòng)接觸疲勞性能測(cè)試進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，SLM工藝性能優(yōu)于鍛造工藝，改善了鈦合金的抗磨損和微動(dòng)疲勞性能，提高了鈦合金的滾動(dòng)接觸疲勞壽命；研究后處理對(duì)SLM件的滾動(dòng)接觸疲勞壽命影響發(fā)現(xiàn)，致密度、顯微硬度、表面粗糙度是影響SLM件滾動(dòng)接觸疲勞壽命的主要因素。
　?、輰?duì)SLM成形Ti-6Al-4V滾動(dòng)疲勞測(cè)試的失效表面進(jìn)行分析，結(jié)果表明：不處理的SLM件失效形式主要是表面缺陷和殘余應(yīng)力引起的裂紋；熱處