等离子电弧增材制造316L不锈钢机械性能各向异性研究
发布时间：2021-01-08 14:25
增材制造,又称3D打印,是一种新型的制造技术。相比于传统加工方法,具有无模具、快速、近净成形等优势。为了使增材制造构件在工程中得到更广泛的应用,研究其力学性能尤其是疲劳性能就十分重要。本课题基于等离子电弧,以316L不锈钢焊丝为材料进行增材制造。首先,针对沉积单道的表面成形质量及宏观尺寸,采用正交试验方法研究焊接电流、送丝速度和沉积速度对表面成形及宏观尺寸的影响。接着根据选取的最优工艺参数进行增材块体的堆积,分别对平行于单层（SD）、45°和平行于堆积方向（BD）三个不同的方向进行取样。通过金相组织、扫描电镜、电子背散射衍射等观察微观组织,通过单轴拉伸、疲劳等力学性能试验分析不同方向的差异。并且将微观组织与力学性能相结合,深入分析微观组织对增材制造316L不锈钢各向异性的影响,得出以下结论:不同工艺参数对沉积单道宽度的影响,焊接电流>沉积速度>送丝速度;对沉积单道高度的影响,送丝速度>焊接电流>沉积速度;对沉积单道宽高比的影响,送丝速度>焊接电流>沉积速度。当道间距为4.5 mm时,得到的单层表面平整。SD样品和45°样品的拉伸性能和疲劳性能相差不多...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SLMedCo-Cr-Mo合金面心立方（fcc）晶体结构的BSE图像和相应的晶体取向图，箭头表示堆积方
硕士学位论文等离子电弧增材制造316L不锈钢机械性能各向异性研究5化过程中产生的气体[24]等。对于电子束增材技术来说，最常见的缺陷（占总数的97%）是直径小于100微米的球状小孔[23]，这些光滑的球状小孔是由在凝固过程中无法逸出的气体所导致的[24]，因为是在真空环境下堆积的，外界的空气几乎是可以避免的，所以气孔的主要是来自粉末原料中的氩气，这些氩气是在制造过程中，通过等离子体雾化进入粉末颗粒中。但是对于样品的各向异性造成影响的是那些不规则的缺陷（占总数的3%），这些缺陷易于产生较高的应力集中，而且由于不同的加载方向对应不同的应力集中，会产生不同的力学性能。1.3.2静态力学性能的各向异性迄今为止，许多学者对增材制造的力学性能各向异性进行了研究，包括冲击性能、拉伸性能、压缩性能、疲劳性能[16-20]等。其中，大部分的研究的材料集中于钛合金（Ti-图1.4316L不锈钢（10层）的不同部分的微结构：（a1-a2）顶层，（b1-b2）第7-9层，（c1-c2）第4-6层，（d1-d2）第2-第4层，（e1-e2）第1层和基板[22]
硕士学位论文等离子电弧增材制造316L不锈钢机械性能各向异性研究7术，对Al-6Mg合金的力学性能的各向异性进行了研究，其加工工艺以及取样位置的示意图如图1.6所示，得到的力学性能如图1.7所示。在相同参数下，所有纵向样品的抗拉强度均高于所有横向样品的抗拉强度。对于纵向样品，在脉冲CMT模式下的抗拉强度为259MPa，低于其他电弧模式下的抗拉强度。在变极性CMT模式下，抗拉强度最高，达到了333MPa。对于具有相同组成的Al-Mg系列合金（5A06），通过锻造的样品一般的标准的抗拉强度是315MPa[35]。这表明通过电弧增材制造技术得到的Al-Mg合金的机械性能是在可接受的范围内的。电弧的模式对横向样品的抗拉强度几乎没有影响。对比#4-#6样品的抗拉强度，热输入和层间等待时间对力学性能的影响并不明显。此外，横向样品抗拉强度的标准差通常很高，这也表明了横向样品力学性能的不稳定性。1.3.3疲劳性能的各向异性对于金属构件来说，有80%的失效都是来自于疲劳失效，这也是许多工程结构件中常见的失效模式[36-37]。但是对于疲劳性能的研究需要较多的材料和花费更多的时间，因此，对于疲劳性能的研究相对于拉伸性能的研究要少许多。但是，随着增材制造技术的成熟以及设备的完善，对于增材制造样品的疲劳性能的研究已吸引了越来越多的学者的注意力。根据研究表明，和冲击性能、拉伸性能相似，疲劳性能也表现出了明显的各向异性。Xie[38]等研究了裂纹扩展方向对以丝材为原材料基于等离子电弧增材制造得到的Ti-6Al-4V疲劳裂纹扩展的影响。水平和垂直的样品的疲劳裂纹扩展速率（Fatiguecrack图1.6加工工艺和取样位置示意图[34]（a）垂直试样；（b）水平试样图1.5缺陷和加载方向的示意图[25]
【参考文献】：
博士论文
[1]机械结构的疲劳寿命预测与可靠性方法研究[D]. 左芳君.电子科技大学 2016
本文编号：2964757
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SLMedCo-Cr-Mo合金面心立方（fcc）晶体结构的BSE图像和相应的晶体取向图，箭头表示堆积方
硕士学位论文等离子电弧增材制造316L不锈钢机械性能各向异性研究5化过程中产生的气体[24]等。对于电子束增材技术来说，最常见的缺陷（占总数的97%）是直径小于100微米的球状小孔[23]，这些光滑的球状小孔是由在凝固过程中无法逸出的气体所导致的[24]，因为是在真空环境下堆积的，外界的空气几乎是可以避免的，所以气孔的主要是来自粉末原料中的氩气，这些氩气是在制造过程中，通过等离子体雾化进入粉末颗粒中。但是对于样品的各向异性造成影响的是那些不规则的缺陷（占总数的3%），这些缺陷易于产生较高的应力集中，而且由于不同的加载方向对应不同的应力集中，会产生不同的力学性能。1.3.2静态力学性能的各向异性迄今为止，许多学者对增材制造的力学性能各向异性进行了研究，包括冲击性能、拉伸性能、压缩性能、疲劳性能[16-20]等。其中，大部分的研究的材料集中于钛合金（Ti-图1.4316L不锈钢（10层）的不同部分的微结构：（a1-a2）顶层，（b1-b2）第7-9层，（c1-c2）第4-6层，（d1-d2）第2-第4层，（e1-e2）第1层和基板[22]
硕士学位论文等离子电弧增材制造316L不锈钢机械性能各向异性研究7术，对Al-6Mg合金的力学性能的各向异性进行了研究，其加工工艺以及取样位置的示意图如图1.6所示，得到的力学性能如图1.7所示。在相同参数下，所有纵向样品的抗拉强度均高于所有横向样品的抗拉强度。对于纵向样品，在脉冲CMT模式下的抗拉强度为259MPa，低于其他电弧模式下的抗拉强度。在变极性CMT模式下，抗拉强度最高，达到了333MPa。对于具有相同组成的Al-Mg系列合金（5A06），通过锻造的样品一般的标准的抗拉强度是315MPa[35]。这表明通过电弧增材制造技术得到的Al-Mg合金的机械性能是在可接受的范围内的。电弧的模式对横向样品的抗拉强度几乎没有影响。对比#4-#6样品的抗拉强度，热输入和层间等待时间对力学性能的影响并不明显。此外，横向样品抗拉强度的标准差通常很高，这也表明了横向样品力学性能的不稳定性。1.3.3疲劳性能的各向异性对于金属构件来说，有80%的失效都是来自于疲劳失效，这也是许多工程结构件中常见的失效模式[36-37]。但是对于疲劳性能的研究需要较多的材料和花费更多的时间，因此，对于疲劳性能的研究相对于拉伸性能的研究要少许多。但是，随着增材制造技术的成熟以及设备的完善，对于增材制造样品的疲劳性能的研究已吸引了越来越多的学者的注意力。根据研究表明，和冲击性能、拉伸性能相似，疲劳性能也表现出了明显的各向异性。Xie[38]等研究了裂纹扩展方向对以丝材为原材料基于等离子电弧增材制造得到的Ti-6Al-4V疲劳裂纹扩展的影响。水平和垂直的样品的疲劳裂纹扩展速率（Fatiguecrack图1.6加工工艺和取样位置示意图[34]（a）垂直试样；（b）水平试样图1.5缺陷和加载方向的示意图[25]
【参考文献】：
博士论文
[1]机械结构的疲劳寿命预测与可靠性方法研究[D]. 左芳君.电子科技大学 2016
本文编号：2964757
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/2964757.html
