资料全套-磨床箱体工艺及夹具设计-镗孔夹具【含8张CAD图纸】
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- 内容简介：
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功能梯度材料上的激光金属沉积与超声振动的实验研究 秦蓝云 汪炜 杨广 沈阳工业大学，中国，沈阳，110016， 沈阳航空工业学院，中国，沈阳，110134， ，wangw1116”，关键词：超声波振动；激光金属沉积；激光；梯度功能材料；钛合金摘要：针对铸件超声波振动的影响，焊接和激光熔覆，研究表明，它也可以使用钛合金的金属激光沉积（LMD），以保护诸如裂纹，气孔和氧化中的缺陷，细化晶粒，提高凝固组织的均匀性。因此采用超声振动系统制造功能梯度材料（FGM）的样品，并分析试样的显微结构和力学性能，实验结果表明，超声振动可以抑制孔隙的形成，细化晶粒，使TiC硬质相对在功能梯度材料零件更均匀，这同样也是由显微硬度试验表明。简介 激光金属沉积（LMD）的进程已经引起广泛关注，最近他们形成近净形零件的低成本能力。然而，诸如裂纹，孔隙，氧化和包层之间的不良粘合这样的缺陷可能出现在LMD部份，如果工艺参数控制不当。翘曲或裂纹将导致失败的形成。此外，内部缺陷是导致其力学性能降低和安全性较差甚至失效的主要原因1-4。 目前用于改进金属的凝固组织，减少内部缺陷的方法包含电流法，电磁搅拌，超声波等，这些方法都施加在传统的铸造领域，后来逐渐发展到焊接，熔覆和其他熔融金属凝固领域 5-9。作为一种机械振动，超声波振动被广泛应用在金属凝固的场合，其设备简单、能耗低。鉴于在金属凝固的显著效应，超声波振动在LMD进程以改善内部质量和解决变形的LMD裂缝的部分瓶颈问题，并且还使得功能梯度材料零件的增强相更均匀。超声振动的机理 超声空化效应。空化现象是在液体中常见的物理现象。受涡流，超声波或其它物理场的液体将暂时在某一位置形成负压区域，导致在液体或固体 - 液体部分断裂，然后产生微小的液泡或气泡。泡沫将经历主要成长的过程，发展，然后迅速关闭，。会有一个很大的压力出现在孔隙闭合瞬间，这就是所谓的气穴现象。通过气穴孔的闭合瞬间所产生的巨大能量实现空化效应，并且在这个过程中，一些孔隙能量转变为热、光辐射和其他辐射的冲击波使液体局部压力高达数千大气压10-12。超声波的机械作用。在液态金属中超声波的传播促进液体流动、传热和传质以及晶核形成。在一定的频率和振幅，该金属熔池的冷却速度和结晶核的数量可以增加。日益增加的对流换热使温度场更均匀，温度梯度减小。其结果是，它减少了热应力，形成部分的残余应力，并抑制变形和裂纹的倾向。此外，增加的晶核细化熔覆层的组合物能够分散于晶体使其结构更充分。实验步骤建立过程。超声波振动系统是由超声波发生器，换能器，变幅杆13，等，超声导入基板的振动载荷平台，然后通过熔池的基板传送到衬底。超声振动的示意图如图1所示。 图1激光金属沉积的超声波振动示意图 数字超声波采用电源驱动系统，其输入电压为220V，最大工作电流为l.5a，输出频率约为17至23千赫。超声振动系统主要包含的激光系统，软件控制系统，数控系统，粉末给料系统，真空保护系统和超声波振动系统。该系统的工艺参数列于表1。 表1该系统的处理参数材料。实验基材是的Ti6Al4V，其标称化学组成如表2所示。Ti6Al4V的试样切成l00mmx55mmxl0mm的碎片，然后用320碳化硅纸研磨 ，再用丙酮、乙醇脱脂后沉积14。 表2Ti6A14V合金成分(wt%)TC4粉末（纯度99.5），Cr3C2复合粉末（纯度99）和纯钛粉末（纯度99.5%）充分混合，通过球磨在氩气下进行充分混合。粉末颗粒尺寸-100/ + 325（45和150微米之间的颗粒大小）。粉末在150C的真空干燥柜中干燥10小时14。结果与讨论 孔隙的影响。钛合金激光加工过程中，会有小的气体的快速凝固导致熔覆层内的孔隙不能从熔池及时溢出的缺陷。熔覆层的下一层不溢出，顶层将重熔于熔池，并有机会消除毛孔。如果不是这样，缺陷层将被包括在的下一个层，结果在试样内部造成缺陷。 熔覆层无超声振动孔隙形态 超声波振动的熔覆层孔隙形态 图2超声波振动对熔覆层孔隙的影响（100%TC4） 如图2所示，显然，超声振动熔覆层的孔隙数量和尺寸比较小。原因可能是机械的超声波振动搅拌可以促进熔池中的液体对流，使气体容易集中并上升，减少孔隙，此外高频振动和空化作用使孔隙融合成大的气泡从熔池溢出。对功能梯度材料试件的影响。四个标本分别在相同参数的超声振动条件下实验。然后对标本进行切割，研磨，抛光和腐蚀。图3显示的是标本中熔覆层的组织结构。从图3（a）可以发现没有采用振动的试样组织结构像树枝状，其平均长度为ll0m。相比之下，利用超声波振动的试样树枝状的尺寸被减小，其平均长度为50m，如图3（b）所示。 a-无超声振动的显微结构 b-超声振动显微结构 图3组织标本中的熔覆层（75%TC4+25%（Cr3C2+Ti） 图4显示了样本的增强相TiC颗粒的尺寸分布。超声振动下的TiC晶粒尺寸为l.5lm，这很明显小了很多，这表明超声振动可以细化晶粒，使增强相分布均匀。 a-无超声波下的TiC分布， b-超声波下的TiC分布 图4标本中的TiC颗粒大小的分布（70%TC4+30%（Cr3C2+Ti）显微硬度试验方法。硬度（HV）的实验测试是基于GB / t4340.1-2009和mvk-300显微硬度计。实验条件列于表3。 表3显微硬度试验条件两个标本用于测试，其测试选择的点，如图5所示，将沿高度方向测试从基体到熔覆层的顶部，并且每两个试验点的距离为1mm；10个点在每个高度沿水平方向统一选择。 图5显微硬度测试点示意图图6显示，每个样品的增加高度方向是与梯度材料 14 硬度基本一致的。可以从该硬度分布的每个轮廓线看见波动得厉害的是未经超声波振动的。结果表明，在超声振动试样中硬度异常点少得多，这表明超声振动可以使熔覆层成分分布更加均匀。 a-无超声波振动 b-超声波振动 图6试样的显微硬度分布结论 基于超声振动改善凝固组织的质量的机制，本文通过比较采用超声振动系统的LMD钛合金试样显微组织和力学性能并分析其对功能梯度材料熔覆层的效果，并得出以下结论。（1）超声波振动将有助于抑制气孔的形成和减少它的大小； （2）通过对中间熔覆层的显微组织分析，可以发现，超声波振动破坏枝晶的时间越长晶粒径越微细化；此外，在功能梯度材料试样上，增强相的TiC颗粒尺寸较小，并得到更均匀的分布; （3）硬度试验表明，梯度材料试件具有良好的硬度一致性和较高的机械性能，这表明超声振动可以细化熔覆层和均匀微观结构，并提高其力学性能。参考文献 1 杨广，汪炜，秦蓝云：沈阳工业大学学报，v01.33（2011）p.259-264 2 王华明，张的反面，王向明：中国激光，v01.36（2009）p.3204-3209 3 秦蓝云，王玮，杨光：应用力学和材料，（2010）p.316-320第44-47 4 陈静，杨海鸥，李民：应用激光，v01.22（2002）p.300-304 5 翟启杰，齐飞鹏，刘庆梅：2005中国铸造一周程序，p.353-357 6 陈志昆，刘敏，曾德昌：激光杂志，v01.30（2009）P.55-56 7 秦雷：消除焊接残余应力和超声冲击的装置设计研究。东北大学学位论文（2008） 8 关建军，宋天民，张国福 ：辽宁石油化工学院，辽宁大学学报v01.21（2001）P.51-54 9 程元，对焊接应力，变形和振动消除的研究。大连理工大学学位论文（1999） 10 陈长垣，邓琦林，宋监利：航空航天公司的南京大学学报，v01.37（2005）P.44-48. 11 李军文，陶业争，
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