激光熔丝增材制造GH3039镍基高温合金块体沉积层组织与性能
发布时间：2021-02-27 04:37
增材制造（AM）是通过材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术,它可以制造出形状复杂的零部件,进而实现快速、自由成型,能够完成传统制造方法无法完成的结构复杂的零部件,简化加工工序,提高生产效率,缩短生产周期。但我国对制备大型零部件的增材制造技术存在较大的空缺,对激光熔丝增材制造制备的金属制件微观组织演变和机理研究尚处于起步阶段,因此开展激光熔丝增材制造的基础研究在实现我国大型航空航天工程、海洋工程等关键零部件的制造具有重要意义。本文采用激光熔丝增材制造技术,制备了镍基高温合金GH3039块体沉积层。通过光学显微镜（Optical Microscope,OM）和扫描电子显微镜（Scanning Eletron Microscopy,SEM）研究了增材制造制备的GH3039合金的三个不同方位（横截面、侧截面与水平剖面）的宏观形貌与微观组织,包括块体沉积层的外形尺寸、宏观缺陷、不同区域的晶粒形态、晶粒分布和尺寸,探究了不同区域的微观缺陷类型及分布,最后针对沉积层横截面整体以及典型区域的显微组织,采用纳米压痕仪进行了硬度测试。结果表明,块体沉积层存在“坍塌”和“粘丝”两种现象,块体沉积层“坍塌”发...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
增材制造沉积层内部存在的裂纹和孔洞等缺陷[20]
第1章绪论3公司成功研发，且首次实现了增材制造技术在商业上的使用[23]。随着工业生产需求的提高和计算机辅助建模技术的发展，增材制造技术由此得到迅猛发展，如今，增材制造技术日趋成熟，通过该技术制造高性能的零部件，很多已经达到了直接使用的水平[24]。国内外许多科研工作者对增材制造技术进行了研究。主流的热源如电虎电子束和激光等均被应用到零件的快速成型中[25]。其中激光束熔融沉积(LaserBeamMelting,LBM)(图1.3)，电子束熔融沉积(ElectronBeamMelting,EBM)(图1.4)和激光金属沉积(LaserMetalDeposition,LMD)(图1.5)增材制造被认为与工业相关度最高的增材制造技术，最有潜力实现工业化应用[26]。图1.3激光束熔融沉积(LaserBeamMelting,LBM)[26]Fig.1.3LaserBeamMelting(LBM)[26]选区激光熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)是一种典型的激光束熔融沉积增材制造技术，这也是一种典型的铺粉式增材制造技术，在我国增材制造领域相对比较成熟，采用的热源为激光束。SLM技术制造的制件沉积层层厚一般为20μm-100μm，当今能实现的成型尺寸范围为50mm×50mm到800mm×400mm，成型时的激光功率在20W到1kW范围内，光斑直径在50μm-180μm之间，激光扫描速度最快可以达到15m/s[26-28]。SLM技术制备的金属零部件通常可制造的结构相对复杂精度较高，组织较细小，性能相对比较优异，但是缺点也比较明显，如成型效率低，成型尺寸小，对成型的气体氛围要求高，需在密闭的成型空间通惰性气体进行保护，通常含氧量要小于0.1%[29-31]，目前国际上对SLM成型及其设备的关注在增材制造领域是最高的。
?＜?光束金属沉积的材料进给方式为送粉式或送丝式进给，而不是预置的铺粉，这大大提升了材料的利用率和金属增材制造装备设计上的灵活性[26,36,37]；同时在气体保护环境上，成型过程中可采用局部惰性气体保护熔池，防止其氧化，而无需在有尺寸限制的成型仓中进行，解决了成型尺寸具有局限性的问题。另一个明显的特点是激光金属沉积可以更容易实现混合加工，如在成型过程中耦合其他处理工艺[36,37]。但激光金属沉积同样具有缺点与局限性，如制备结构较复杂的零部件时需要设置支撑结构，成型设备需要较高的激光功率。图1.4电子束熔融沉积(ElectronBeamMelting,EBM)[26]Fig.1.4ElectronBeamMelting(EBM)[26]增材制造过程中，原材料被快速加热熔化以及快速冷却，材料成型后可以得到细小致密的组织，有利于提升材料的强度、塑性等机械性能[36]。金属增材制造常用的原材料是粉末与丝材，在聚焦热源的加热下，选区发生融化并冷却形成部件。以粉末为原材料的材料进给方式分铺粉式和送粉式进给，熔粉增材制造如选区激光熔化可实现复杂零部件的制造，成型自由度较高，同时制造的
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光增材制造镍基高温合金研究进展[J]. 吴楷,张敬霖,吴滨,谭敏,冯海波,张建福. 钢铁研究学报. 2017(12)
[2]激光增材制造镍基合金的柱状晶组织特性[J]. 戴婧,王恩庭,张群森,张甲梅,赵雷雷,李崇桂. 应用激光. 2017(06)
[3]镍基高温合金加工研究[J]. 李红俊,康玮明,苏金东. 一重技术. 2017(02)
[4]碳化硅与氟钛酸钾原位反应制备AA6061/TiC铝基复合材料的显微组织与力学性能表征（英文）[J]. K.JESHURUN LIJAY,J.DAVID RAJA SELVAM,I.DINAHARAN,S.J.VIJAY. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(07)
[5]金属材料增材制造技术[J]. 黄春平,黄硕文,刘奋成. 金属加工(热加工). 2016(02)
[6]3D打印的原理及应用[J]. 万长征,赖小龙. 数字技术与应用. 2014(09)
[7]高性能大型金属构件激光增材制造:若干材料基础问题[J]. 王华明. 航空学报. 2014(10)
[8]镍基高温合金的研究现状与发展前景[J]. 唐中杰,郭铁明,付迎,惠枝,韩昌松. 金属世界. 2014(01)
[9]3D打印:技术和应用[J]. 余冬梅,方奥,张建斌. 金属世界. 2013(06)
[10]国外金属零部件增材制造技术发展概述[J]. 黄秋实,李良琦,高彬彬. 国防制造技术. 2012(05)
博士论文
[1]激光增材制造Inconel 718合金凝固组织调控及机理研究[D]. 肖辉.湖南大学 2017
[2]激光选区熔化微尺度熔池特性与凝固微观组织[D]. 周鑫.清华大学 2016
[3]磁场作用下镍基高温合金固态相变行为及力学性能研究[D]. 袁兆静.上海大学 2016
[4]激光熔覆和熔覆成形镍基合金的组织与性能研究[D]. 黄凤晓.吉林大学 2011
硕士论文
[1]激光增材制造镍基高温合金的工艺、组织以及性能研究[D]. 吴云鹏.南昌大学 2019
[2]激光熔丝增材制造工艺特性研究[D]. 李慧敏.重庆大学 2017
[3]钛合金激光增材制造缺陷研究[D]. 李永涛.大连理工大学 2017
[4]激光光内同轴送丝熔覆快速制造技术研究[D]. 李洪远.苏州大学 2012
本文编号：3053696
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
增材制造沉积层内部存在的裂纹和孔洞等缺陷[20]
第1章绪论3公司成功研发，且首次实现了增材制造技术在商业上的使用[23]。随着工业生产需求的提高和计算机辅助建模技术的发展，增材制造技术由此得到迅猛发展，如今，增材制造技术日趋成熟，通过该技术制造高性能的零部件，很多已经达到了直接使用的水平[24]。国内外许多科研工作者对增材制造技术进行了研究。主流的热源如电虎电子束和激光等均被应用到零件的快速成型中[25]。其中激光束熔融沉积(LaserBeamMelting,LBM)(图1.3)，电子束熔融沉积(ElectronBeamMelting,EBM)(图1.4)和激光金属沉积(LaserMetalDeposition,LMD)(图1.5)增材制造被认为与工业相关度最高的增材制造技术，最有潜力实现工业化应用[26]。图1.3激光束熔融沉积(LaserBeamMelting,LBM)[26]Fig.1.3LaserBeamMelting(LBM)[26]选区激光熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)是一种典型的激光束熔融沉积增材制造技术，这也是一种典型的铺粉式增材制造技术，在我国增材制造领域相对比较成熟，采用的热源为激光束。SLM技术制造的制件沉积层层厚一般为20μm-100μm，当今能实现的成型尺寸范围为50mm×50mm到800mm×400mm，成型时的激光功率在20W到1kW范围内，光斑直径在50μm-180μm之间，激光扫描速度最快可以达到15m/s[26-28]。SLM技术制备的金属零部件通常可制造的结构相对复杂精度较高，组织较细小，性能相对比较优异，但是缺点也比较明显，如成型效率低，成型尺寸小，对成型的气体氛围要求高，需在密闭的成型空间通惰性气体进行保护，通常含氧量要小于0.1%[29-31]，目前国际上对SLM成型及其设备的关注在增材制造领域是最高的。
?＜?光束金属沉积的材料进给方式为送粉式或送丝式进给，而不是预置的铺粉，这大大提升了材料的利用率和金属增材制造装备设计上的灵活性[26,36,37]；同时在气体保护环境上，成型过程中可采用局部惰性气体保护熔池，防止其氧化，而无需在有尺寸限制的成型仓中进行，解决了成型尺寸具有局限性的问题。另一个明显的特点是激光金属沉积可以更容易实现混合加工，如在成型过程中耦合其他处理工艺[36,37]。但激光金属沉积同样具有缺点与局限性，如制备结构较复杂的零部件时需要设置支撑结构，成型设备需要较高的激光功率。图1.4电子束熔融沉积(ElectronBeamMelting,EBM)[26]Fig.1.4ElectronBeamMelting(EBM)[26]增材制造过程中，原材料被快速加热熔化以及快速冷却，材料成型后可以得到细小致密的组织，有利于提升材料的强度、塑性等机械性能[36]。金属增材制造常用的原材料是粉末与丝材，在聚焦热源的加热下，选区发生融化并冷却形成部件。以粉末为原材料的材料进给方式分铺粉式和送粉式进给，熔粉增材制造如选区激光熔化可实现复杂零部件的制造，成型自由度较高，同时制造的
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光增材制造镍基高温合金研究进展[J]. 吴楷,张敬霖,吴滨,谭敏,冯海波,张建福. 钢铁研究学报. 2017(12)
[2]激光增材制造镍基合金的柱状晶组织特性[J]. 戴婧,王恩庭,张群森,张甲梅,赵雷雷,李崇桂. 应用激光. 2017(06)
[3]镍基高温合金加工研究[J]. 李红俊,康玮明,苏金东. 一重技术. 2017(02)
[4]碳化硅与氟钛酸钾原位反应制备AA6061/TiC铝基复合材料的显微组织与力学性能表征（英文）[J]. K.JESHURUN LIJAY,J.DAVID RAJA SELVAM,I.DINAHARAN,S.J.VIJAY. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(07)
[5]金属材料增材制造技术[J]. 黄春平,黄硕文,刘奋成. 金属加工(热加工). 2016(02)
[6]3D打印的原理及应用[J]. 万长征,赖小龙. 数字技术与应用. 2014(09)
[7]高性能大型金属构件激光增材制造:若干材料基础问题[J]. 王华明. 航空学报. 2014(10)
[8]镍基高温合金的研究现状与发展前景[J]. 唐中杰,郭铁明,付迎,惠枝,韩昌松. 金属世界. 2014(01)
[9]3D打印:技术和应用[J]. 余冬梅,方奥,张建斌. 金属世界. 2013(06)
[10]国外金属零部件增材制造技术发展概述[J]. 黄秋实,李良琦,高彬彬. 国防制造技术. 2012(05)
博士论文
[1]激光增材制造Inconel 718合金凝固组织调控及机理研究[D]. 肖辉.湖南大学 2017
[2]激光选区熔化微尺度熔池特性与凝固微观组织[D]. 周鑫.清华大学 2016
[3]磁场作用下镍基高温合金固态相变行为及力学性能研究[D]. 袁兆静.上海大学 2016
[4]激光熔覆和熔覆成形镍基合金的组织与性能研究[D]. 黄凤晓.吉林大学 2011
硕士论文
[1]激光增材制造镍基高温合金的工艺、组织以及性能研究[D]. 吴云鹏.南昌大学 2019
[2]激光熔丝增材制造工艺特性研究[D]. 李慧敏.重庆大学 2017
[3]钛合金激光增材制造缺陷研究[D]. 李永涛.大连理工大学 2017
[4]激光光内同轴送丝熔覆快速制造技术研究[D]. 李洪远.苏州大学 2012
本文编号：3053696
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