基于传热特征的激光熔化沉积热变形和组织性能研究
发布时间：2021-05-19 08:38
激光熔化沉积技术是金属增材制造主要加工技术之一,现阶段受到广泛的关注和研究。然而,激光熔化沉积技术工件质量还未能完全满足工业要求并制约该技术未来的发展空间。温度场作为加工过程多场耦合作用中重要物理场,对工件微观组织形成、热变形与残余应力分布影响较大,需要对加工过程传热学机理进行详尽的实验和理论分析。本文从工件温度场分布及演变规律出发,采用温度场在线监测与传热学数值建模两种研究方法,围绕传热学、热弹塑性力学及凝固动力学等基础理论,对典型传热特征进行提取表征,研究工件温度场对基体热变形和残余应力的影响机制,探究传热特征与工件热变形和组织性能的关系。本文主要研究内容及研究成果如下:温度场-热变形监测平台的搭建和过程传热特征提取算法。考虑激光加工高温、激光干扰等恶劣监测条件,对热变形在线测量传感设备选型与温度场-热变形在线监测平台进行搭建。针对温度场监测精度问题,本文采用基于视觉的红外热像仪发射率标定方法和空间尺寸还原两种思路提高热像仪测温精度。基于Matlab软件开发了工件三维温度梯度、凝固界面温度梯度、凝固速度等传热特征的提取算法。初步分析了多传感结合温度场监测结果,基于生死单元法建立单道...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 温度场在线监测的研究现状
1.2.1 接触式测温
1.2.2 非接触式测温
1.2.3 多传感融合在线监测平台
1.3 激光熔化沉积热变形与残余应力的研究现状
1.3.1 热变形基础理论
1.3.2 热变形实验研究
1.3.3 热-力耦合数值模型
1.4 激光熔化沉积金属组织性能的研究现状
1.4.1 金属凝固相关理论
1.4.2 组织性能预测及调控研究进展
1.5 拟解决的关键问题本文主要研究内容
1.5.1 拟解决的关键问题
1.5.2 本文主要内容
2 实验及监测平台、传热特征提取算法与组织性能检测方法
2.1 激光熔化沉积实验平台
2.2 监测设备选用及在线监测平台搭建
2.3 材料组织和性能表征方法
2.3.1 金相与EBSD分析
2.3.2 拉伸性能和显微硬度分析
2.4 实验材料选择
2.5 传热特征提取算法
2.5.1 热像仪空间尺寸和发射率标定方法
2.5.2 温度梯度提取算法
2.5.3 熔池凝固速度提取算法
2.5.4 熔池冷却速率提取算法
2.5.5 受热面积提取算法
2.6 本章小结
3 激光熔化沉积316L合金温度场实验与数值模拟研究
3.1 温度场在线监测结果
3.1.1 熔池平均温度监测
3.1.2 典型加工模式温度场分布
3.2 温度场数值模拟分析
3.2.1 基本建模方法与网格划分
3.2.2 模拟结果与实验验证
3.3 本章小结
4 激光熔化沉积316L基体热变形与残余应力研究
4.1 监测平台和实验设计
4.2 激光熔化沉积基体热变形特征分析及参数影响
4.3 传热特征对基体热变形的影响
4.4 基于传热特征基体热变形预测模型
4.5 残余应力数值模拟研究
4.5.1 热-弹-塑性基本方程及建模过程
4.5.2 实验验证及多道搭接温度场分布
4.5.3 应力场分布及残余应力分析
4.6 本章小结
5 基于传热特征的组织性能预测研究
5.1 实验设计及监测方案
5.2 工艺参数对熔池传热特征的影响
5.2.1 工艺参数对熔池温度梯度的影响
5.2.2 工艺参数对熔池凝固速度与冷却速率的影响
5.3 316 L薄壁工件微观组织分析
5.3.1 晶粒尺寸及晶体形貌分析
5.3.2 EBSD晶粒生长取向分析
5.4 316 L薄壁工件力学性能
5.4.1 拉伸力学性能及断口分析
5.4.2 显微硬度分析
5.5 基于传热特征的微观组织与力学性能预测
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能金属零件激光增材制造技术研究进展[J]. 张安峰,李涤尘,梁少端,王潭,严深平,张连重. 航空制造技术. 2016(22)
[2]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)
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]基于CCD的激光再制造熔池温度场检测研究[D]. 雷剑波.天津工业大学 2007
硕士论文
[1]316L不锈钢激光熔覆实体成形控形工艺研究[D]. 徐海岩.大连理工大学 2018
[2]多束激光熔覆基础试验研究[D]. 胡恒.大连理工大学 2014
本文编号：3195475
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 温度场在线监测的研究现状
1.2.1 接触式测温
1.2.2 非接触式测温
1.2.3 多传感融合在线监测平台
1.3 激光熔化沉积热变形与残余应力的研究现状
1.3.1 热变形基础理论
1.3.2 热变形实验研究
1.3.3 热-力耦合数值模型
1.4 激光熔化沉积金属组织性能的研究现状
1.4.1 金属凝固相关理论
1.4.2 组织性能预测及调控研究进展
1.5 拟解决的关键问题本文主要研究内容
1.5.1 拟解决的关键问题
1.5.2 本文主要内容
2 实验及监测平台、传热特征提取算法与组织性能检测方法
2.1 激光熔化沉积实验平台
2.2 监测设备选用及在线监测平台搭建
2.3 材料组织和性能表征方法
2.3.1 金相与EBSD分析
2.3.2 拉伸性能和显微硬度分析
2.4 实验材料选择
2.5 传热特征提取算法
2.5.1 热像仪空间尺寸和发射率标定方法
2.5.2 温度梯度提取算法
2.5.3 熔池凝固速度提取算法
2.5.4 熔池冷却速率提取算法
2.5.5 受热面积提取算法
2.6 本章小结
3 激光熔化沉积316L合金温度场实验与数值模拟研究
3.1 温度场在线监测结果
3.1.1 熔池平均温度监测
3.1.2 典型加工模式温度场分布
3.2 温度场数值模拟分析
3.2.1 基本建模方法与网格划分
3.2.2 模拟结果与实验验证
3.3 本章小结
4 激光熔化沉积316L基体热变形与残余应力研究
4.1 监测平台和实验设计
4.2 激光熔化沉积基体热变形特征分析及参数影响
4.3 传热特征对基体热变形的影响
4.4 基于传热特征基体热变形预测模型
4.5 残余应力数值模拟研究
4.5.1 热-弹-塑性基本方程及建模过程
4.5.2 实验验证及多道搭接温度场分布
4.5.3 应力场分布及残余应力分析
4.6 本章小结
5 基于传热特征的组织性能预测研究
5.1 实验设计及监测方案
5.2 工艺参数对熔池传热特征的影响
5.2.1 工艺参数对熔池温度梯度的影响
5.2.2 工艺参数对熔池凝固速度与冷却速率的影响
5.3 316 L薄壁工件微观组织分析
5.3.1 晶粒尺寸及晶体形貌分析
5.3.2 EBSD晶粒生长取向分析
5.4 316 L薄壁工件力学性能
5.4.1 拉伸力学性能及断口分析
5.4.2 显微硬度分析
5.5 基于传热特征的微观组织与力学性能预测
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能金属零件激光增材制造技术研究进展[J]. 张安峰,李涤尘,梁少端,王潭,严深平,张连重. 航空制造技术. 2016(22)
[2]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)
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]基于CCD的激光再制造熔池温度场检测研究[D]. 雷剑波.天津工业大学 2007
硕士论文
[1]316L不锈钢激光熔覆实体成形控形工艺研究[D]. 徐海岩.大连理工大学 2018
[2]多束激光熔覆基础试验研究[D]. 胡恒.大连理工大学 2014
本文编号：3195475
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3195475.html
