钛合金粉末的流动性及激光选区熔化成型研究

发布时间：2018-12-16 11:39

【摘要】：粉末材料的激光选区熔化技术在生产过程的应用越来越广泛。粉末材料流动性的好坏对成型件的质量有至关重要的影响,对粉末材料的流动性进行综合评价并研究其流动性影响因素对于激光选区熔化用粉末的选取具有较大意义。另外,激光选区熔化成型过程中影响因素较多,其中工艺参数是极为重要的因素。通过改变成型过程中工艺参数并研究其对激光选区熔化基本成型过程的影响是十分必要的。本文首先通过对5种不同颗粒形貌及粒径的TC4(Ti6Al4V)粉末进行流动性测试,分析了粉末样品本身性质对其流动性的影响。讨论了对激光选区熔化过程影响较大的粉末流动性指标,为选择合适的粉末材料提供了理论依据。随后利用Renishaw商业TC4粉末及AM 250激光选区熔化设备结合不同的成型参数进行了单道成型、单层成型、块体成型以及激光表面重熔研究。研究结果表明:粉末的粒度和颗粒形状对粉末的流动性有较大的影响。粒度分布较为均匀的球形粉末其压缩性和流动能较低,粉体内部的结合力较小,较容易流动且流动稳定性较好。这对于打印用粉末的存储,运输以及打印时粉末从料斗中流出有至关重要的作用。剪切测试较好的反映了粉末材料从料斗中流出时的状态,即在重力的作用下下面粉末受到一定正应力作用,流出时粉体发生剪切行为。流动函数可以较好的表征粉体屈服应力以及粉体自身结合强度的关系。流动函数值越大粉末颗粒结合性越差,粉末的流动性越好。粉末床打印中可以利用流动函数对所用粉末的流动性进行量化,完成粉末的初步筛选。选区激光熔化实验中,选择较大的激光功率以及适当的点曝光时间可以保证熔道成型较为均匀。在单熔道成型质量良好的条件下选择较小的扫描间距可以得到表面质量较好的单层试样,随着扫描间距增大,单层成型样品的表面粗糙度Ra随之增加。其表面型貌由相对平整变为熔道之间无搭接。在保证成型质量的前提下选择150μm扫描间距成型试样可以提高成型效率。块体成型时在能量密度较低时,随着能量密度的增加,样品的致密度随之增加;当能量密度过大时会使样品密度降低,且在多层成型时增加了这一现象的累积。对试样横截面以及纵截面进行显微组织分析得出试样内部分布有大量的前β晶,晶内组织为马氏体。由于多次成型过程中后一层的加热对已成型的层有循环热处理作用,产生了部分α+β组织。显微硬度结果可以看出试样总体硬度高于铸件。表面重熔处理可以明显降低试样表面粗糙度,但随着重熔次数的增加,无法消除试样表面粉末粘附现象。经过喷砂处理可以去除样品表面粘附的粉末颗粒,改善样品表面质量,但喷砂后样品表面粗糙度依然没有达到较低值。表面重熔可以减少试样表面熔道的不平整度以及微小孔洞等缺陷。由于冷却速度不同以及成型累加效应,多层成型样品表面粗糙度较单层样品差。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG146.23;TG665

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本文编号：2382272