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钛合金表面织构的光纤激光加工实验研究
摘要
钛合金是一种性能优异、应用广泛的金属材料，在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域都有广泛的应用。本文采用光纤激光加工对钛合金表面进行织构化处理，探讨了不同加工参数对织构化效果的影响，并进行了表面形貌、组织结构和硬度测试。实验结果表明，适当的激光功率和扫描速度可以有效提高钛合金表面的织构化程度，同时还可以增加表面硬度。本文的研究结果对于钛合金表面的精细加工和应用具有一定的参考意义。
关键词：钛合金；光纤激光加工；织构化处理；硬度测试
Abstract
Titaniumalloyisahigh-performanceandwidelyusedmetalmaterialinaerospace,medicalequipment,automobilemanufacturingandotherfields.Inthispaper,fiberopticlaserprocessingisusedtotexturethesurfaceoftitaniumalloy,andtheinfluenceofdifferentprocessingparametersonthetextureeffectisexplored.Surfacemorphology,microstructureandhardnesstestswerealsocarriedout.Theexperimentalresultsshowthatappropriatelaserpowerandscanningspeedcaneffectivelyimprovethetexturedegreeofthetitaniumalloysurface,andcanalsoincreasethesurfacehardness.Theresearchresultsofthispaperhavecertainreferencesignificanceforthefineprocessingandapplicationofthetitaniumalloysurface.
Keywords:titaniumalloy;fiberopticlaserprocessing;texturetreatment;hardnesstest
一、介绍
钛合金具有重量轻、强度高、抗蚀性好等优点，被广泛应用于航空航天、医疗器械、汽车制造等领域。然而，钛合金的表面易受到机械加工、热处理等因素的损伤和腐蚀，在使用过程中容易出现疲劳和开裂等问题。因此，对于钛合金表面的处理具有重要的意义。
光纤激光加工是一种非接触加工方式，具有加工精度高、加工速度快、对材料的影响小等优势。本文采用光纤激光加工对钛合金表面进行织构化处理，探讨了不同加工参数对织构化效果的影响，并进行了表面形貌、组织结构和硬度测试，以期能够为钛合金表面的精细加工和应用提供一定的参考和依据。
二、实验方法
2.1实验材料
本实验使用的材料为TC4钛合金板材，尺寸为20mm×20mm×3mm，表面处理后无明显缺陷、氧化等。
2.2实验设备
本实验采用的实验设备为一台光纤激光加工机，激光辐射波长为1064nm，最大输出功率为50W，镜头焦距为254mm。同时，还配备了控制系统和电脑程序。
2.3实验步骤
在进行织构化处理实验前，首先对钛合金表面进行清洁和打磨处理，以去除表面的油污、氧化层等，为后续实验做好准备工作。
实验中，选取不同的激光功率和扫描速度作为加工参数，对钛合金表面进行织构化处理。具体实验参数如表1所示。
表1实验参数
加工参数激光功率/W扫描速度/mm/s
参数120500
参数230750
参数3401000
图1展示了不同加工参数下钛合金表面的织构化效果。
图1不同加工参数下钛合金表面的织构化效果
之后，对实验样品进行表面形貌、组织结构和硬度测试。表面形貌测试采用扫描电子显微镜（SEM）观察；组织结构测试采用X射线衍射仪观察；硬度测试采用Vickers硬度计进行测试。
三、实验结果
3.1表面形貌观察
图2展示了不同加工参数下钛合金表面的SEM图像。可以看出，随着激光功率和扫描速度的增加，钛合金表面的织构化程度逐渐增强，织构化的粗细也随之加大。
图2不同加工参数下钛合金表面的SEM图像
3.2组织结构观察
图3展示了不同加工参数下钛合金表面的X射线衍射图像。可以看出，钛合金表面经过光纤激光加工后，晶粒尺寸变小，晶粒呈现出细长的沟槽状结构。与未加工的样品相比，经过光纤激光加工的样品表面晶粒结构更加紧密有序，晶界的数量和面积较少。
图3不同加工参数下钛合金表面的X射线衍射图像
3.3硬度测试结果
表2展示了不同加工参数下钛合金表面的Vickers硬度测试结果。可以看出，随着激光功率和扫描速度的增加，钛合金表面的硬度随之增