18Ni300激光增材制造工艺及视觉传感研究

发布时间：2019-08-02 12:14

【摘要】：马氏体时效钢18Ni300是新型的超高强度钢,因其具有较好的强韧性、焊接性和简单的热处理工艺。其广泛应用于航空、航天、机械制造、原子能等重要领域。增材制造技术因为相对于传统的减材技术其具有生产周期短、经济性好、材料结构设计限制少等特点。通过增材制造方法实现马氏体时效钢零件的制造具有良好的应用前景。本文基于激光定向能量沉积的方法,对18Ni300的激光定向能量沉积工艺进行研究。同时利用同轴视觉传感技术对沉积过程中熔池的演变及特性进行了研究,主要分析了增材制造几种沉积方式的组织特点和工艺参数对于成形件的成形、组织、缺陷及力学性能能的影响。由于18Ni300其好的强韧性来自于热处理,因此对于增材制造后的成形件进行了固溶+时效处理和时效处理两种方式,对其组织演变行为进行了研究。在单道单层试验中发现激光功率,扫描速率和送粉速率三者对成形的影响程度最大。单道多层试验发现,底部主要是细小的柱状晶,中部为向上生长的柱状晶,在顶部发生了柱状晶向等轴晶的转变。成形件中以内部含有大量小角度晶界的马氏体为主,在底部存在一些由于元素扩散而形成的奥氏体,在顶部存在一些由于马氏体转变不完全的奥氏体,无论是哪种奥氏体其与马氏体之间的取向差为45°[001]。单道多层试验中的气孔缺陷主要是粉末内的缺陷引入,而裂纹缺陷和元素的氧化密切相关。通过多道多层试验虽然避免了非致密缺陷提高了致密度,但是试验中容易产生Ti、Al的氧化物夹杂。为应对Ti、Al氧化物夹杂现象,设计了低氧含量下的试验方案。通过降低氧含量增材过程中的表面成形和精度均得到了极大的提高。在低氧含量中的一次枝晶间距大于大气环境,等轴晶区面积明显减小。低氧环境中拉伸性能上得到了很大的提高,在未做热处理前可以达到907.8Mpa,超过了同种材料锻件的强度。通过对低氧含量下的试样进行热处理发现,由于基体上出现了含Ni、Ti、Mo等合金元素的金属间化合物,这些金属间化合物弥散细小的分布极大的提高了试样的强度,热处理后的试样最高可以达到1586.7Mpa。为了理解沉积过程的熔池特性,对实时的熔池图像相关几何特征进行了研究。在单道单层试验中,激光功率增加使熔池面积增加,扫描速度的提高和送粉速率的提高使熔池面积减小。单道多层试验中,时域中熔池面积信号的演变可以分成三个阶段。时频分析可知优化的工艺参数分量主要集中在0 Hz~1.2 Hz和1.3 Hz~1.8 Hz的两个频率上。多道多层试验同样具有0 Hz~1.2 Hz和1.3 Hz~1.8 Hz的两个频率。短边扫描均比长边扫描方式具有更高的频率。氩气环境中熔池相对稳定,熔池亮度较高形状较为规则,具有更高的熔池稳定性,因此氩气环境中可以获得更高的成形精度。
【图文】：

马氏体时效钢的高强度是通过时效过程产生的时效强化，亚稳态的马氏体分解成奥氏体和用远大于马氏体分解产生的软化效果，最终表 1-2 18Ni 型马氏体时效钢的化学成分和强度级别Ni Mo Co Ti Al 18 3.3 8.5 0.2 0.118 5.0 8.5 0.4 0.118 5.0 9.0 0.7 0.118 4.2 12.5 1.6 0.117 4.6 10.0 0.3 0.1主要是 18Ni、20Ni 和 25Ni 三种类型，其中 1强度的不同分为了 18Ni(200)、18Ni(250)、18相应的化学成分及强度级别如表 1-2所示。化马氏体时效钢研究现状

18Ni300激光增材制造工艺及视觉传感研究

图 1-2 胞状结构[11][13]对 18Ni(300) 马氏体时效钢 SLM 成形工艺及其热密度可以达到 99%，但仍然存在一些微小的孔洞，组体。通过对成形试样的固溶和时效处理使得试样最后锻造的水平。曹润辰[14]从简单的单道熔道入手，再到成形过程复杂 18Ni(300) 最终成形件的影响。并对 18Ni(300) 粉末艺参数对金属熔化的影响。鲁汶大学研究人员 K.Kempen[15]等人，利用 SLM 的方温度对于 SLM 成形件组织性能的影响。发现当枝晶的力学性能，，当采用 480℃下时效 5 小时可以显著的奥氏体的含量。研究人员还分析了试样中的夹杂物，夹杂物的类型为 Ti, Mo, Al, Si 的氧化物。 Eric A. J gle[16]对运用 SLM 的方法制造的 Fe 18Ni 9体转变和时效过程进行了研究，试验人员运用原子探
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH16

【参考文献】