304不锈钢电子束熔丝沉积工艺及稳定性研究

发布时间：2017-08-16 15:16

  本文关键词：304不锈钢电子束熔丝沉积工艺及稳定性研究

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【摘要】：本文对电子束熔丝沉积增材制造技术(EBF3)进行研究,分析了单层电子束熔丝沉积工艺与成形系数之间的耦合关系以及单层沉积体的微观组织;在此基础上研究了多层沉积体微观组织,重点分析了沉积层数对沉积体组织的影响;利用数值模拟方法分析了熔丝状态对沉积过程稳定性的影响。建立了熔池液-气边界受力模型,得出熔池液-气边界动态平衡方程;分析了边界法向各力分布情况,讨论了熔池液-气边界动态平衡过程及失稳过程。熔池液-气边界的稳定性对沉积过程的稳定性及沉积体的成形和质量具有重要意义。工艺参数与成形系数之间的耦合关系表明,某一工艺参数的变化会引起其他工艺参数对成形影响程度的变化。温度场结果表明,沉积层数增加,每层最高温度升高,最终趋于一个稳定的温度。对于304不锈钢薄壁沉积体,沉积前2层时可通过基材散热,散热速度较快,沉积层数大于2层时,散热路径发生改变,被限制在之前的沉积体上,导致散热速度变慢。散热路径的改变使得前2层出现的白色条带逐渐消失,转而出现贯穿多层沉积层的细长的奥氏体组织。连续沉积时间对丝受热变形影响较小,而送丝角度的影响作用最大;干伸长较长,送丝角度较大时易由于丝的受热变形较大而导致沉积过程中断。电子束熔丝沉积过程中,液-气界面法向上主要受弯曲液面表面张力引起的附加压力Pσ、金属蒸气反作用力Pg及液态金属内部静压力Ph的作用;Pσ、Pg维持熔池的稳定性,Ph促使熔池失稳。Pσ与匙孔壁面金属蒸气反作用力引起的液体内部静压力Ph-V在数值上相近,且数值较大,是维持液-气边界动态平衡的主要平衡力,在各法向力的共同作用下,熔池液-气边界处于动态平衡状状态。电子束流加大使得液态金属内部静压力增大,如果弯曲液面表面张力引起的附加压力与金属蒸气反作用力的变化能够抵消液态金属内部静压力的增大,则熔池液-气边界重新恢复到动态平衡状态,否则将会引起液态金属失稳流淌。
【关键词】：电子束熔丝沉积(EBF3) 层间组织 液-气界面 动态平衡方程
【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】：2016
【分类号】：TH16;TG142.71
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题背景9
• 1.2 电子束熔丝沉积原理9-10
• 1.3 国内外研究现状分析10-16
• 1.3.1 电子束熔丝沉积设备研究现状10-11
• 1.3.2 电子束熔丝沉积工艺研究现状11-16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第2章 试验材料、设备及方法18-25
• 2.1 试验材料18
• 2.2 试验设备18-21
• 2.2.1 电子束熔丝沉积设备18-21
• 2.2.2 分析设备21
• 2.3 试验方法21-25
• 2.3.1 沉积工艺试验方法21
• 2.3.2 沉积过程温度场数值分析方法21-25
• 第3章 单层电子束熔丝沉积工艺及组织研究25-37
• 3.1 单层电子束熔丝沉积工艺参数及成形分析25-27
• 3.2 单层成形系数与沉积工艺回归分析27-31
• 3.2.1 回归模型建立27-28
• 3.2.2 回归模型检验28
• 3.2.3 回归结果分析28-31
• 3.3 单层沉积过程热过程及组织分析31-36
• 3.3.1 单层沉积过程热过程分析31-33
• 3.3.2 单层沉积过程组织分析33-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 多层电子束熔丝沉积组织及熔丝状态研究37-50
• 4.1 多层电子束熔丝沉积热过程分析37-38
• 4.1.1 多层沉积体模型建立37
• 4.1.2 多层沉积过程温度场分析37-38
• 4.2 多层电子束熔丝沉积体成形及组织分析38-45
• 4.2.1 多层沉积体成形分析38-39
• 4.2.2 多层沉积体组织分析39-45
• 4.3 多层沉积体力学性能分析45
• 4.4 熔丝状态对连续电子束熔丝沉积过程稳定性研究45-48
• 4.4.1 熔丝模型建立及参数选择45-46
• 4.4.2 熔丝受热变形分析及对沉积过程稳定性影响讨论46-48
• 4.5 本章小结48-50
• 第5章 熔池边界稳定性研究50-61
• 5.1 沉积层形成过程50-51
• 5.2 熔池边界受力模型建立51-56
• 5.2.1 熔池边界受力分析51-52
• 5.2.2 熔池边界受力平衡方程表达52-56
• 5.3 熔池边界稳定性分析56-59
• 5.3.1 液-气界面处各力分布情况57-58
• 5.3.2 熔池边界稳定性讨论58-59
• 5.4 本章小结59-61
• 结论61-62
• 参考文献62-67
• 致谢67

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本文编号：683990