【摘 要】
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激光3D打印技术及其产品在现代工业中已经被大量使用,Ti-6Al-4V（TC4）合金在汽车行业、生物医学和航空航天领域被广泛应用。然而激光选区熔化（Selective laser melting,SLM）逐层堆积的成型特点,导致TC4合金存在残余应力、晶体择优取向和位错等缺陷,直接影响TC4零件的力学性能和使用寿命,限制了TC4合金材料在工程中的应用。本文研究了SLM成型TC4合金材料的微观组织结
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激光3D打印技术及其产品在现代工业中已经被大量使用,Ti-6Al-4V（TC4）合金在汽车行业、生物医学和航空航天领域被广泛应用。然而激光选区熔化（Selective laser melting,SLM）逐层堆积的成型特点,导致TC4合金存在残余应力、晶体择优取向和位错等缺陷,直接影响TC4零件的力学性能和使用寿命,限制了TC4合金材料在工程中的应用。本文研究了SLM成型TC4合金材料的微观组织结构、力学性能以及二者之间的相互影响机制。研究内容包括微观组织观察、MTS力学测试、动态常温和高温力学性能测试、FEM仿真和CPFEM仿真工作等。分析材料的微观组织对其静态、动态力学性能的影响,结合FEM和CPFEM仿真计算结果揭示了静态力学各向异性缺陷的微观机制、不同温度下动态力学性能及失效机制。使用CPFEM论证了剪切带（SB）择优取向演化机理。本文主要结论如下:（1）SLM成型TC4合金材料的微观组织由多级′-相马氏体晶粒组成,通过CPFEM仿真计算结果表明力学各向异性具有晶体取向依赖性,强各向异性力学响应织构对整体各向异性力学响应状态起主导作用,受晶体形貌的影响较小。证明了材料整体的宏观力学各向异性由强织构的力学响应状态决定。（2）TC4合金材料室温与高温的冲击断裂机制不同。2000/s～5000/s范围内应变率效应主导下的断裂机制为解理断裂;当温度升高有应变率效应辅助的热软化效应主导下的断裂机制为延性断裂并形成剪切带（SB）。（3）TC4合金材料在应变率效应和热软化效应的共同作用下产生形变剪切带（SB）。SB周围发生动态再结晶机制只有细化后的′-相晶粒。（4）动态冲击载荷下TC4合金材料会发生HCP晶格棱柱面滑移系演化机理。由HCP晶格中棱柱面滑移系具有最高的应变率敏感性和应变率强化效应,所以冲击断裂失效的材料组织中会残存取向演化遗迹,SB中存在棱柱面织构是合理的结果。
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