镍基高温合金SLM成形质量研究及工艺优化
发布时间：2021-04-16 01:41
镍基高温合金凭借其优异的高温性能,被广泛应用于对结构材料要求最为严苛的涡扇发动机高温部件。激光选区熔化（SLM）作为一种高效高柔性的金属增材制造技术,具有成形精度高、成形周期短、材料利用率高等优点,可用于对复杂结构镍基高温合金零部件的快速高精制造。本文展开了面向镍基高温合金的SLM成形工艺研究,分析了高能激光与粉末材料的相互作用机理,研究了扫描策略对成形件表面质量及工艺参数对成形件力学性能的影响规律,优化了SLM成形工艺,实现了对镍基高温合金SLM成形件整体质量的提升。主要内容和结论如下:（1）高能激光与粉末材料的相互作用机理研究。从激光能量在粉末中的传递与吸收入手,研究激光与粉末的相互作用机理,分析镍基合金粉末烧结成形的过程,发现可以通过改变激光相关参数可以有效调节激光能量密度,进而实现对样件表面压力的控制,提高材料的烧结密实度,提升镍基高温合金的加工质量。借助仿真工具,对模型进行模拟打印,分析成形件变形原因,并对3D模型数据进行误差补偿,优化了设计模型。（2）扫描策略对成形件表面质量的影响研究。通过实验分析了不同扫描策略对Inconel 718合金成形件表面质量的影响规律以及对不同...
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镍基高温合金应用
激光能量较高，金属粉末完全熔化，直接成形高熔点金属零件[15,16]。激光选区熔化技术是金属3D打印领域的重要工艺，其发展经历了低熔点非金属粉末烧结、低熔点包覆高熔点粉末烧结、高熔点粉末直接熔化成形等阶段[17]。SLM技术是基于离散堆积制造原理，通过将目标零件的CAD模型转化为STL文件，并对其进行分层切片；然后利用高能激光束按照预设的扫描路径熔化金属粉末，经过冷却凝固成形当前加工层；而后反复进行当前操作，将金属粉末材料层层加工堆积成形，最终成形所需零件；最后进行清粉、打磨等后处理[18]。其成形原理图如图1-2。图1-2激光选区熔化成形原理图
成形，只需几小时到几十小时[20]，整个过程随时可以进行修正，从而保证制造的精准性，大大提高了研发效率，降低了开发成本；④成形精度高。通过细微聚焦光斑的激光束成形的零件加工精度高[21]，并且经过简单的处理后即可达到目标零件的精度要求，成形件力学性能好，一般拉伸性能超过铸件水平，达到锻件水平；⑤应用领域广泛。由于成形材料的种类多元化以及成形过程的高自由度，使得激光选区熔化技术广泛应用各个领域，如航空航天、生物医疗、国防军工等。激光选区熔化设备是集合了光学、电气与机械技术的综合性结构系统。图1-3展示了激光选区熔化设备硬件的总体结构设计图。整个设备结构部分主要由四大模块组成：激光光路系统、振镜扫描系统、铺粉系统以及气体循环系统[22,23]。图1-3激光选区熔化设备硬件模块目前世界各国推出了多种型号的激光选区熔化商品化设备，国际上激光选区熔化设备研发中心主要集中在德国、美国、英国、日本等发达国家[24]。国外主要有德国的EOS公司、ConceptLaser公司，美国的3DSystems公司、Stratasys公司，其中德国的EOS公司是全球金属3D打印领域的领导者之一[25]。早期国内研究激光选区熔化设备的高校主要有华南理工大学和华中科技大学，进入21世纪以来相继有50家机构和研究所进入该领域[26,27]。目前，国内推出的商业化设备公司和机构主要有西安铂力特、江苏永年激光、武汉华科三维、北京易加三维、广州雷佳增材等。
【参考文献】：
期刊论文
[1]选区激光熔化金属表面成形质量控制的研究进展[J]. 李淮阳,黎振华,杨睿,滕宝仁,申继标. 表面技术. 2020(09)
[2]镍基高温合金零件车削加工[J]. 易震海,黄一凇. 金属加工(冷加工). 2020(02)
[3]镍基单晶高温合金选区激光熔化成形工艺及组织[J]. 潘爱琼,张辉,王泽敏. 中国激光. 2019(11)
[4]Ti6Al4V的激光选区熔化单道成形数值模拟与实验验证[J]. 向羽,张树哲,李俊峰,魏正英,杨理想,姜立昊. 浙江大学学报(工学版). 2019(11)
[5]选区激光熔化GH4169组织与冲击韧性分析[J]. 黄帅,郭绍庆,张国会,周标,闫泰起,陈冰清,张学军. 激光与光电子学进展. 2020(05)
[6]激光选区熔化成形装备的发展现状与趋势[J]. 王泽敏,黄文普,曾晓雁. 精密成形工程. 2019(04)
[7]基于响应面分析的激光除漆工艺参数优化[J]. 杨嘉年,周建忠,孙奇,孟宪凯,朱明,郭召恒,付强. 激光与光电子学进展. 2019(23)
[8]SLM球形Ni粉的制备与打印工艺性能[J]. 张亚娟,王海滨,宋晓艳,聂祚仁. 金属学报. 2018(12)
[9]金属激光选区熔化（SLM）技术及设备概况[J]. 尚广庆,梁伟. 苏州市职业大学学报. 2018(03)
[10]金属零件3D打印技术研究进展[J]. 赵高升,刘秀军,张志明,张庆印. 化工新型材料. 2018(08)
博士论文
[1]激光选区熔化成形镍基高温合金的组织与性能演变基础研究[D]. 李帅.华中科技大学 2017
[2]飞秒激光烧蚀钛的过程及其等离子体特性研究[D]. 刘栋.山东师范大学 2016
[3]直接金属激光烧结中固液相变及传热传质[D]. 王津.上海理工大学 2016
[4]选择性激光熔化成形金属零件性能研究[D]. 王黎.华中科技大学 2012
硕士论文
[1]激光选区熔化过程中熔池温度场及形貌演化的数值模拟[D]. 叶唯娟.西安理工大学 2019
[2]镍基高温合金全激光增减材修复工艺研究与数值分析[D]. 徐子法.宁波大学 2019
[3]激光熔覆再制造件的质量检测与性能分析[D]. 程伟.江南大学 2019
[4]内置流道钛合金成形件SLM成形质量评估与工艺优化研究[D]. 葛亚楠.江南大学 2019
[5]模具钢选区激光熔化工艺及组织性能研究[D]. 田杰.山东大学 2018
[6]IN718合金的选区激光熔化成形工艺及性能研究[D]. 李剑.哈尔滨理工大学 2018
[7]激光直接金属沉积中激光-粉末相互作用的模拟研究[D]. 张晖峰.北京工业大学 2016
[8]热处理对TC4钛合金组织、性能的影响及残余应力消除方法的研究[D]. 谭玉全.重庆大学 2016
[9]选区激光熔化纳米TiC增强Al基复合材料数值模拟及实验研究[D]. 袁鹏鹏.南京航空航天大学 2016
[10]激光烧结制备多孔镍基合金及烧结性能研究[D]. 于秀平.南京航空航天大学 2010
本文编号：3140493
【文章来源】：江南大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
镍基高温合金应用
激光能量较高，金属粉末完全熔化，直接成形高熔点金属零件[15,16]。激光选区熔化技术是金属3D打印领域的重要工艺，其发展经历了低熔点非金属粉末烧结、低熔点包覆高熔点粉末烧结、高熔点粉末直接熔化成形等阶段[17]。SLM技术是基于离散堆积制造原理，通过将目标零件的CAD模型转化为STL文件，并对其进行分层切片；然后利用高能激光束按照预设的扫描路径熔化金属粉末，经过冷却凝固成形当前加工层；而后反复进行当前操作，将金属粉末材料层层加工堆积成形，最终成形所需零件；最后进行清粉、打磨等后处理[18]。其成形原理图如图1-2。图1-2激光选区熔化成形原理图
成形，只需几小时到几十小时[20]，整个过程随时可以进行修正，从而保证制造的精准性，大大提高了研发效率，降低了开发成本；④成形精度高。通过细微聚焦光斑的激光束成形的零件加工精度高[21]，并且经过简单的处理后即可达到目标零件的精度要求，成形件力学性能好，一般拉伸性能超过铸件水平，达到锻件水平；⑤应用领域广泛。由于成形材料的种类多元化以及成形过程的高自由度，使得激光选区熔化技术广泛应用各个领域，如航空航天、生物医疗、国防军工等。激光选区熔化设备是集合了光学、电气与机械技术的综合性结构系统。图1-3展示了激光选区熔化设备硬件的总体结构设计图。整个设备结构部分主要由四大模块组成：激光光路系统、振镜扫描系统、铺粉系统以及气体循环系统[22,23]。图1-3激光选区熔化设备硬件模块目前世界各国推出了多种型号的激光选区熔化商品化设备，国际上激光选区熔化设备研发中心主要集中在德国、美国、英国、日本等发达国家[24]。国外主要有德国的EOS公司、ConceptLaser公司，美国的3DSystems公司、Stratasys公司，其中德国的EOS公司是全球金属3D打印领域的领导者之一[25]。早期国内研究激光选区熔化设备的高校主要有华南理工大学和华中科技大学，进入21世纪以来相继有50家机构和研究所进入该领域[26,27]。目前，国内推出的商业化设备公司和机构主要有西安铂力特、江苏永年激光、武汉华科三维、北京易加三维、广州雷佳增材等。
【参考文献】：
期刊论文
[1]选区激光熔化金属表面成形质量控制的研究进展[J]. 李淮阳,黎振华,杨睿,滕宝仁,申继标. 表面技术. 2020(09)
[2]镍基高温合金零件车削加工[J]. 易震海,黄一凇. 金属加工(冷加工). 2020(02)
[3]镍基单晶高温合金选区激光熔化成形工艺及组织[J]. 潘爱琼,张辉,王泽敏. 中国激光. 2019(11)
[4]Ti6Al4V的激光选区熔化单道成形数值模拟与实验验证[J]. 向羽,张树哲,李俊峰,魏正英,杨理想,姜立昊. 浙江大学学报(工学版). 2019(11)
[5]选区激光熔化GH4169组织与冲击韧性分析[J]. 黄帅,郭绍庆,张国会,周标,闫泰起,陈冰清,张学军. 激光与光电子学进展. 2020(05)
[6]激光选区熔化成形装备的发展现状与趋势[J]. 王泽敏,黄文普,曾晓雁. 精密成形工程. 2019(04)
[7]基于响应面分析的激光除漆工艺参数优化[J]. 杨嘉年,周建忠,孙奇,孟宪凯,朱明,郭召恒,付强. 激光与光电子学进展. 2019(23)
[8]SLM球形Ni粉的制备与打印工艺性能[J]. 张亚娟,王海滨,宋晓艳,聂祚仁. 金属学报. 2018(12)
[9]金属激光选区熔化（SLM）技术及设备概况[J]. 尚广庆,梁伟. 苏州市职业大学学报. 2018(03)
[10]金属零件3D打印技术研究进展[J]. 赵高升,刘秀军,张志明,张庆印. 化工新型材料. 2018(08)
博士论文
[1]激光选区熔化成形镍基高温合金的组织与性能演变基础研究[D]. 李帅.华中科技大学 2017
[2]飞秒激光烧蚀钛的过程及其等离子体特性研究[D]. 刘栋.山东师范大学 2016
[3]直接金属激光烧结中固液相变及传热传质[D]. 王津.上海理工大学 2016
[4]选择性激光熔化成形金属零件性能研究[D]. 王黎.华中科技大学 2012
硕士论文
[1]激光选区熔化过程中熔池温度场及形貌演化的数值模拟[D]. 叶唯娟.西安理工大学 2019
[2]镍基高温合金全激光增减材修复工艺研究与数值分析[D]. 徐子法.宁波大学 2019
[3]激光熔覆再制造件的质量检测与性能分析[D]. 程伟.江南大学 2019
[4]内置流道钛合金成形件SLM成形质量评估与工艺优化研究[D]. 葛亚楠.江南大学 2019
[5]模具钢选区激光熔化工艺及组织性能研究[D]. 田杰.山东大学 2018
[6]IN718合金的选区激光熔化成形工艺及性能研究[D]. 李剑.哈尔滨理工大学 2018
[7]激光直接金属沉积中激光-粉末相互作用的模拟研究[D]. 张晖峰.北京工业大学 2016
[8]热处理对TC4钛合金组织、性能的影响及残余应力消除方法的研究[D]. 谭玉全.重庆大学 2016
[9]选区激光熔化纳米TiC增强Al基复合材料数值模拟及实验研究[D]. 袁鹏鹏.南京航空航天大学 2016
[10]激光烧结制备多孔镍基合金及烧结性能研究[D]. 于秀平.南京航空航天大学 2010
本文编号：3140493
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3140493.html
