激光选区熔化成形AlSi10Mg合金及复合材料的研究
发布时间：2021-07-23 20:45
AlSi1OMg合金是铸造铝合金中应用最广泛的合金之一,具有良好的铸造性能,常用于复杂的中等负荷零件。陶瓷增强铝基复合材料具有轻质高强、高耐磨等优点,被行业广泛关注。激光选区熔化（Selective laser melting,SLM）成形技术是金属增材制造技术的一种,材料适用性强,制备的零件致密度高性能好,具有成形复合材料的优势。采用SLM成形工艺制备AlSi1OMg合金及其复合材料,对于增强其力学性能扩展其应用范围具有重要意义。本文研究SLM成形AlSi1OMg合金工艺参数、热处理等对其显微组织成分和力学性能的影响,旨在获得致密度高,材料性能提升的AlSi1OMg合金试样。并采用TiB2和SiC陶瓷颗粒与AlSi10Mg合金粉末直接混合,利用SLM成形复合材料,研究不同陶瓷颗粒对成形复合材料致密度、物相成分、显微组织及力学性能的影响,并深入探讨颗粒增强的强化机制。通过实验确定扫描参数为激光功率350W,扫描速度1600mm/s,铺粉层厚30μm,扫描策略为邻层激光方向旋转67°,扫描间距为120μm时,SLM成形AlSi1OMg合金致密度最高,可达到98.8%。SLM成形AlSi1...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?Ａｌ－Ｓｉ二元合金相图［３］??众所周知，ＡＩ－Ｓｉ合金微观组织中共晶硅的形态和尺寸是影响其力??学性能的两个最重要因素［４］
?山东大学硕士论文???松等缺陷，且无法生产复杂形状铸件。压力铸造成型ＡｌＳｉｌＯＭｇ合金显??微组织如图１－２所示，组织中共晶硅粗大且呈针状。这是因为传统铸造??工艺的冷却速率温度大约为１０２°Ｃ／ｓ或更低，共晶硅不断生长，细化受??到很大的限制［６］。??Ｉ，?貧．．．??图１－２铸造成型ＡｌＳｉｌＯＭｇ零件显微组织??快速凝固技术（冷却速度可达到１〇６－１〇８?°Ｃ／ｓ）具有明显的成形优势。??该技术可实现微结构的细化，共晶硅的均匀分布，并且可制备形状复杂??的零件ｍ。所以作为快速凝固成形的激光选区熔化工艺为成形性能优异??且形状复杂的ＡｌＳｉｌＯＭｇ合金零件提供一种新的制备方法。??１．２激光选区熔化成形技术??１．２．１激光选区熔化成形技术的原理及优点??激光选区溶化（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ?Ｌａｓｅｒ?Ｍｅｌｔｉｎｇ，?ＳＬＭ）成形工艺是金属增材??制造技术的一种，是中国制造２０２５计划大力发展的先进制造技术。其??成形包括计算机软件设计和设备打印成形两步。首先通过计算机软件??Ｍａｇｉｃｓ绘制零件三维模型，设定零件打印的详细工艺参数，并将零件的??三维模型切片分层生成切片数据用于二维单层扫描。将所有数据传输到??设备中。使用设备打印粉末的过程如图１－３所示：（１）根据已设定的工??艺参数，打印之前通过自动铺粉系统刮刀在基板上均匀铺一层厚度一定??的粉末；（２）激光束自动扫描二维图形区域，熔化该层粉末并与基板或??２??
?山东大学硕１－学位论文???己成形零件紧密结合；（３）?—层激光扫描结束基板下降一个层厚高度，??刮刀继续铺粉，重复上述过程直至打印层数完成。??Ｔｈｅ?ｂｕｉｌｄｉｎｇ?ｓｔｅｐｓ??＾????＾＾＾ＩＬａｓｅｒ?ｂｅａｍ??ｉｇ争Ｐｒｅｖｉｏｕｓ?ｌａｙｅｒｓ??Ｓｐｒｅａｄ?ｐｏｗｄｅｒ?■?｜??－?－????Ｉｎｉｔｉａｌ?ｐｌａｔｅ??图１－３?ｓｌｍ成形原理示意图［９］??作为增材制造技术，激光选区熔化成形技术与传统的减材制造成形??方法相比，具有很多优点：（ｌ）ＳＬＭ成形激光束能量高且集中，能熔化??高熔点的金属材料，打印粉末材料选择相对较多，单一或馄合金属粉末、??难熔高熵合金粉末或陶瓷粉末等均可以打印［１（）］；?（２）节约成本，利用金??属粉末直接叠加成形，几乎没有加工余量，减少原材料的使用。且打印??金属粉末可回收处理再利用，进而有效的节约材料。同时ＳＬＭ打印精??度高，可直接成形尺寸精密、形状复杂的零件，节省后续加工工序。（３）??ＳＬＭ打印中金属粉末逐层铺粉，逐层凝固，很大程度上避免缩孔缩松等??缺陷，成形件致密度高。熔池凝固速率很快，非平衡凝固会抑制晶粒生??长，得到细化的显微组织，从而成形件得到更大的综合力学性能；（４）??ＳＬＭ成形过程不会造成环境污染。??１．２．２激光选区熔化成形工艺概述??（１）打印设备??自２０世纪９０年代以来，增材制造技术开始应用研究。同时激光选??区熔化成形技术产生并得到了极大的重视。激光选区熔化工艺具有激光??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金压缩状态下近似屈服强度的测定方法[J]. 闫明,董阳华,王一焱. 中国铸造装备与技术. 2020(01)
[2]碳纳米管对激光选区熔化成形Al基复合材料的影响[J]. 李明川,蒋立异,刘婷婷,廖文和,张长东. 复合材料学报. 2018(07)
[3]热处理对选区激光熔化成形AlSi10Mg合金显微组织及力学性能的影响[J]. 余开斌,刘允中,杨长毅. 粉末冶金材料科学与工程. 2018(03)
[4]AlSi10Mg铝合金3D打印组织与性能研究[J]. 赵晓明,齐元昊,于全成,林鑫,巩维艳,祁俊峰. 铸造技术. 2016(11)
[5]铝合金激光选区熔化成形技术研究现状[J]. 董鹏,李忠华,严振宇,黄超,梁晓康,何京文,陈济轮,王国庆. 应用激光. 2015(05)
[6]搅拌铸造法在SiCp/Al复合材料制备中的应用研究[J]. 王均杰. 热加工工艺. 2014(19)
[7]金属基复合材料概述[J]. 王燕,朱晓林,朱宇宏,姚强. 中国标准化. 2013(05)
[8]颗粒增强铝基复合材料的研究[J]. 赵龙志,杨敏. 热加工工艺. 2011(20)
[9]高SiCp或高Si含量电子封装材料研究进展[J]. 钟鼓,吴树森,万里. 材料导报. 2008(02)
[10]先进复合材料与航空航天[J]. 杜善义. 复合材料学报. 2007(01)
硕士论文
[1]激光选区熔化成形SiC颗粒增强铝基复合材料工艺与强化机理研究[D]. 王卫东.北京工业大学 2019
[2]基于SiC和TiB2增强的Al基复合材料选区激光熔化成形研究[D]. 赵轩.南京航空航天大学 2019
[3]选区激光熔化成形SiC颗粒增强铝基复合材料工艺优化与组织分析[D]. 周岩.北京工业大学 2018
[4]激光选区熔化原位自生TiB2/Al-Si复合材料强韧化机理研究[D]. 章敏立.上海交通大学 2018
[5]选区激光熔化多相增强Al基复合材料成形机理及性能研究[D]. 常斐.南京航空航天大学 2016
[6]机械振动对消失模壳型铸造铝合金组织性能的影响[D]. 王本京.武汉工程大学 2015
[7]原位TiB2/7075复合材料的制备及组织性能研究[D]. 边天军.吉林大学 2014
本文编号：3300007
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?Ａｌ－Ｓｉ二元合金相图［３］??众所周知，ＡＩ－Ｓｉ合金微观组织中共晶硅的形态和尺寸是影响其力??学性能的两个最重要因素［４］
?山东大学硕士论文???松等缺陷，且无法生产复杂形状铸件。压力铸造成型ＡｌＳｉｌＯＭｇ合金显??微组织如图１－２所示，组织中共晶硅粗大且呈针状。这是因为传统铸造??工艺的冷却速率温度大约为１０２°Ｃ／ｓ或更低，共晶硅不断生长，细化受??到很大的限制［６］。??Ｉ，?貧．．．??图１－２铸造成型ＡｌＳｉｌＯＭｇ零件显微组织??快速凝固技术（冷却速度可达到１〇６－１〇８?°Ｃ／ｓ）具有明显的成形优势。??该技术可实现微结构的细化，共晶硅的均匀分布，并且可制备形状复杂??的零件ｍ。所以作为快速凝固成形的激光选区熔化工艺为成形性能优异??且形状复杂的ＡｌＳｉｌＯＭｇ合金零件提供一种新的制备方法。??１．２激光选区熔化成形技术??１．２．１激光选区熔化成形技术的原理及优点??激光选区溶化（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ?Ｌａｓｅｒ?Ｍｅｌｔｉｎｇ，?ＳＬＭ）成形工艺是金属增材??制造技术的一种，是中国制造２０２５计划大力发展的先进制造技术。其??成形包括计算机软件设计和设备打印成形两步。首先通过计算机软件??Ｍａｇｉｃｓ绘制零件三维模型，设定零件打印的详细工艺参数，并将零件的??三维模型切片分层生成切片数据用于二维单层扫描。将所有数据传输到??设备中。使用设备打印粉末的过程如图１－３所示：（１）根据已设定的工??艺参数，打印之前通过自动铺粉系统刮刀在基板上均匀铺一层厚度一定??的粉末；（２）激光束自动扫描二维图形区域，熔化该层粉末并与基板或??２??
?山东大学硕１－学位论文???己成形零件紧密结合；（３）?—层激光扫描结束基板下降一个层厚高度，??刮刀继续铺粉，重复上述过程直至打印层数完成。??Ｔｈｅ?ｂｕｉｌｄｉｎｇ?ｓｔｅｐｓ??＾????＾＾＾ＩＬａｓｅｒ?ｂｅａｍ??ｉｇ争Ｐｒｅｖｉｏｕｓ?ｌａｙｅｒｓ??Ｓｐｒｅａｄ?ｐｏｗｄｅｒ?■?｜??－?－????Ｉｎｉｔｉａｌ?ｐｌａｔｅ??图１－３?ｓｌｍ成形原理示意图［９］??作为增材制造技术，激光选区熔化成形技术与传统的减材制造成形??方法相比，具有很多优点：（ｌ）ＳＬＭ成形激光束能量高且集中，能熔化??高熔点的金属材料，打印粉末材料选择相对较多，单一或馄合金属粉末、??难熔高熵合金粉末或陶瓷粉末等均可以打印［１（）］；?（２）节约成本，利用金??属粉末直接叠加成形，几乎没有加工余量，减少原材料的使用。且打印??金属粉末可回收处理再利用，进而有效的节约材料。同时ＳＬＭ打印精??度高，可直接成形尺寸精密、形状复杂的零件，节省后续加工工序。（３）??ＳＬＭ打印中金属粉末逐层铺粉，逐层凝固，很大程度上避免缩孔缩松等??缺陷，成形件致密度高。熔池凝固速率很快，非平衡凝固会抑制晶粒生??长，得到细化的显微组织，从而成形件得到更大的综合力学性能；（４）??ＳＬＭ成形过程不会造成环境污染。??１．２．２激光选区熔化成形工艺概述??（１）打印设备??自２０世纪９０年代以来，增材制造技术开始应用研究。同时激光选??区熔化成形技术产生并得到了极大的重视。激光选区熔化工艺具有激光??３??
【参考文献】：
期刊论文
[1]铝合金压缩状态下近似屈服强度的测定方法[J]. 闫明,董阳华,王一焱. 中国铸造装备与技术. 2020(01)
[2]碳纳米管对激光选区熔化成形Al基复合材料的影响[J]. 李明川,蒋立异,刘婷婷,廖文和,张长东. 复合材料学报. 2018(07)
[3]热处理对选区激光熔化成形AlSi10Mg合金显微组织及力学性能的影响[J]. 余开斌,刘允中,杨长毅. 粉末冶金材料科学与工程. 2018(03)
[4]AlSi10Mg铝合金3D打印组织与性能研究[J]. 赵晓明,齐元昊,于全成,林鑫,巩维艳,祁俊峰. 铸造技术. 2016(11)
[5]铝合金激光选区熔化成形技术研究现状[J]. 董鹏,李忠华,严振宇,黄超,梁晓康,何京文,陈济轮,王国庆. 应用激光. 2015(05)
[6]搅拌铸造法在SiCp/Al复合材料制备中的应用研究[J]. 王均杰. 热加工工艺. 2014(19)
[7]金属基复合材料概述[J]. 王燕,朱晓林,朱宇宏,姚强. 中国标准化. 2013(05)
[8]颗粒增强铝基复合材料的研究[J]. 赵龙志,杨敏. 热加工工艺. 2011(20)
[9]高SiCp或高Si含量电子封装材料研究进展[J]. 钟鼓,吴树森,万里. 材料导报. 2008(02)
[10]先进复合材料与航空航天[J]. 杜善义. 复合材料学报. 2007(01)
硕士论文
[1]激光选区熔化成形SiC颗粒增强铝基复合材料工艺与强化机理研究[D]. 王卫东.北京工业大学 2019
[2]基于SiC和TiB2增强的Al基复合材料选区激光熔化成形研究[D]. 赵轩.南京航空航天大学 2019
[3]选区激光熔化成形SiC颗粒增强铝基复合材料工艺优化与组织分析[D]. 周岩.北京工业大学 2018
[4]激光选区熔化原位自生TiB2/Al-Si复合材料强韧化机理研究[D]. 章敏立.上海交通大学 2018
[5]选区激光熔化多相增强Al基复合材料成形机理及性能研究[D]. 常斐.南京航空航天大学 2016
[6]机械振动对消失模壳型铸造铝合金组织性能的影响[D]. 王本京.武汉工程大学 2015
[7]原位TiB2/7075复合材料的制备及组织性能研究[D]. 边天军.吉林大学 2014
本文编号：3300007
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