选区激光熔化成形316L不锈钢和钛合金工艺与性能研究
发布时间：2021-07-22 10:55
选区激光熔化工艺（Selective laser melting,SLM）作为增材制造的一种方式,具有设计工艺简单、成形件精度高、力学性能优良的优点,应用前景十分广阔。316L不锈钢（316L stainless steel,316L SS）和钛合金凭借其各自的优势在航空航天和生物医疗领域都极具应用价值。例如,不锈钢牙冠、手术器械,钛合金隔热罩、人工关节等。这些部件精度要求高甚至需要个性化定制,同时钛合金的机械加工十分困难。SLM的工艺特点恰好满足上述要求,因此近些年研究人员在SLM成形316L SS和钛合金领域投入了大量的精力。但是,316L SS的强度有限,在特殊环境下服役时也对其耐蚀性提出了更高的要求;在生物应用领域,钛合金的模量与人体骨骼差别比较大,耐蚀性也需要进一步提高。因此,本研究通过向316L SS中掺入Co-Cr-Mo-W和铁基非晶粉末,采用不同的SLM成形参数,对316L SS及其复合材料的力学性能、耐蚀性能的改善进行了详细地研究;通过不同的激光成形参数,对预制Ti-Cu-Zr-Fe-Sn-Si-Nb钛合金进行SLM处理,在钛合金表面诱导原位形成非晶层,为SLM成形的...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１选区激光熔化流程图⑴
?山东大学硕士学位论文???激光束单次通过的扫描策略冷却速率最高；采用扫描策略Ａ的ＳＬＭ处??理样品比使用扫描策略Ｂ和Ｃ具有更好的机械性能。??？?＾ｓｒ，．，?■?Ｚ’?：■?■?■?？?ｙ?乙?ＶＪＰｎ＾?－?－?－?ｒ￣￣ｙ＾Ｊｒ＿ｒ??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??图１－２扫描策略，其中：（ａ）交替扫描，激光束单次通过；（ｂ）交替扫描，激光??束多次通过；（ｃ）交叉扫描，激光束单次通过１４１。??德国莱布尼茨固态材料研宄所的Ｓａｌｍａｎ等Ｗ发现棋盘式扫描策略??（图ｌ－３ｄ）制造的样品中的残余应力局于线性扫描朿略（图ｌ－３ａ，ｂ，ｃ）。??他们认为由于棋盘式策略具有较多的轨道边界，而扫描轨道开始时存在??的峰值应力导致了较高的残余应力。扫描策略会极大地影响样品的密度??以及微结构特征（亚晶胞和晶粒）的大校其中，带有轮廓的单向扫描??策略制备的样品中具有最小的亚晶胞和晶粒尺寸（分别为６１０?±?１９?ｎｍ??和４５?±３?ｐｍ），而棋盘策略最大（８８７?±１５?ｎｍ和６４?±７?ｊａｍ）。线性扫??描策略所得的细化微结构使材料的强度和延伸率达到最佳的状态。??（ａ）?（ｂ）??ｔ?１１?１１１１?１１１１??ＳＤ??“??（ｃ）?（ｄ）?ＴＤ—??ＢＤ??ＡＡＡＡａＡＡＡＡＡＡ?Ｉ?Ａ?Ａ?ａ?Ａ?丨??Ｉ?＾?ｍ?Ｉ????ｔｉ；—ｍ—■?士?．??￣■－?Ｊ．??图丨－３四种扫描策略示意图，其中：（ａ）有轮廓的单向扫描；（ｂ＞交替扫描；（ｃ）??无轮廓的单向扫描；（ｄ）棋盘式扫描Ｈ。??４??
?山东大学硕士学位论文???１．２．４?ＳＬＭ技术的成形材料??目前用于增材制造技术（３Ｄ打印）的材料覆盖面很广，有常见的金??属粉末、类橡胶材料、工程塑料、光敏树脂、ＡＢＳ、尼龙、陶瓷粉末甚??至混凝土?［６］等。理论上，能够熔化并相互粘结的粉末材料都可以成为选??区激光熔化工艺的原料。但是陶瓷粉末一般熔点较高，很难通过激光直??接熔化混合，因此常用在ＳＬＳ工艺中。所以在实际应用中，ＳＬＭ技术的??原料大多为常见的金属类粉末，包括钢［７］、钛［８］、铝［９］和镍［１（）］。按照成分??可分为金属单质粉、合金粉和机械混合粉末。选区激光熔化工艺对粉体??原料的质量有一定的要求，一般从粒径分布、松装密度和球形度等参数??进行衡量。一般来说，粉末粒径较大时，熔化过程中需要更大的能量输??入，功率较大的激光会引起较大的飞溅，使成形过程更难控制。小粒径??粉末的比表面积较大，熔化所需的能量密度比较小，熔化过程容易进行，??小颗粒可以填补在大颗粒的缝隙中，使松装密度增大。但是，粒径小的??粉末含量较多时，ＳＬＭ过程中容易产生“球化现象”，影响铺粉质量从??而使孔隙增多甚至导致成形失败。??，化?孔隙??＾?￣?＾?＾?：?ｌ；，?｛：，??球化形成孔隙示意图??气（Ｖ）??＾???图！－４熔池与基板的润湿示意图。??“球化现象”属于固－液界面的润湿问题，如图１－４即为熔池与基板??的固－液界面示意图。在激光熔化金属粉末时遵循吉布斯自由能的能量最??低原理，流动性高的液态金属在表面张力的作用下使熔池收缩成“球状”??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mechanical properties and corrosion behavior of selective laser melted 316L stainless steel after different heat treatment processes[J]. Decheng Kong,Chaofang Dong,Xiaoqing Ni,Liang Zhang,Jizheng Yao,Cheng Man,Xuequn Cheng,Kui Xiao,Xiaogang Li. Journal of Materials Science & Technology. 2019(07)
[2]3D打印用CoCrWMo合金粉末的研制及性能分析[J]. 李皓鹏,周亚男,魏维,颜家振,李宁,刘文博. 特钢技术. 2018(02)
[3]选择性激光熔化技术研究现状及发展趋势[J]. 杨佳,郭洪钢,谭建波. 河北工业科技. 2017(04)
[4]选择性激光熔化成形关键基础问题的研究进展[J]. 李瑞迪,魏青松,刘锦辉,史玉升,袁铁锤. 航空制造技术. 2012(05)
博士论文
[1]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
本文编号：3297020
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１选区激光熔化流程图⑴
?山东大学硕士学位论文???激光束单次通过的扫描策略冷却速率最高；采用扫描策略Ａ的ＳＬＭ处??理样品比使用扫描策略Ｂ和Ｃ具有更好的机械性能。??？?＾ｓｒ，．，?■?Ｚ’?：■?■?■?？?ｙ?乙?ＶＪＰｎ＾?－?－?－?ｒ￣￣ｙ＾Ｊｒ＿ｒ??（ａ）?（ｂ）?（ｃ）??图１－２扫描策略，其中：（ａ）交替扫描，激光束单次通过；（ｂ）交替扫描，激光??束多次通过；（ｃ）交叉扫描，激光束单次通过１４１。??德国莱布尼茨固态材料研宄所的Ｓａｌｍａｎ等Ｗ发现棋盘式扫描策略??（图ｌ－３ｄ）制造的样品中的残余应力局于线性扫描朿略（图ｌ－３ａ，ｂ，ｃ）。??他们认为由于棋盘式策略具有较多的轨道边界，而扫描轨道开始时存在??的峰值应力导致了较高的残余应力。扫描策略会极大地影响样品的密度??以及微结构特征（亚晶胞和晶粒）的大校其中，带有轮廓的单向扫描??策略制备的样品中具有最小的亚晶胞和晶粒尺寸（分别为６１０?±?１９?ｎｍ??和４５?±３?ｐｍ），而棋盘策略最大（８８７?±１５?ｎｍ和６４?±７?ｊａｍ）。线性扫??描策略所得的细化微结构使材料的强度和延伸率达到最佳的状态。??（ａ）?（ｂ）??ｔ?１１?１１１１?１１１１??ＳＤ??“??（ｃ）?（ｄ）?ＴＤ—??ＢＤ??ＡＡＡＡａＡＡＡＡＡＡ?Ｉ?Ａ?Ａ?ａ?Ａ?丨??Ｉ?＾?ｍ?Ｉ????ｔｉ；—ｍ—■?士?．??￣■－?Ｊ．??图丨－３四种扫描策略示意图，其中：（ａ）有轮廓的单向扫描；（ｂ＞交替扫描；（ｃ）??无轮廓的单向扫描；（ｄ）棋盘式扫描Ｈ。??４??
?山东大学硕士学位论文???１．２．４?ＳＬＭ技术的成形材料??目前用于增材制造技术（３Ｄ打印）的材料覆盖面很广，有常见的金??属粉末、类橡胶材料、工程塑料、光敏树脂、ＡＢＳ、尼龙、陶瓷粉末甚??至混凝土?［６］等。理论上，能够熔化并相互粘结的粉末材料都可以成为选??区激光熔化工艺的原料。但是陶瓷粉末一般熔点较高，很难通过激光直??接熔化混合，因此常用在ＳＬＳ工艺中。所以在实际应用中，ＳＬＭ技术的??原料大多为常见的金属类粉末，包括钢［７］、钛［８］、铝［９］和镍［１（）］。按照成分??可分为金属单质粉、合金粉和机械混合粉末。选区激光熔化工艺对粉体??原料的质量有一定的要求，一般从粒径分布、松装密度和球形度等参数??进行衡量。一般来说，粉末粒径较大时，熔化过程中需要更大的能量输??入，功率较大的激光会引起较大的飞溅，使成形过程更难控制。小粒径??粉末的比表面积较大，熔化所需的能量密度比较小，熔化过程容易进行，??小颗粒可以填补在大颗粒的缝隙中，使松装密度增大。但是，粒径小的??粉末含量较多时，ＳＬＭ过程中容易产生“球化现象”，影响铺粉质量从??而使孔隙增多甚至导致成形失败。??，化?孔隙??＾?￣?＾?＾?：?ｌ；，?｛：，??球化形成孔隙示意图??气（Ｖ）??＾???图！－４熔池与基板的润湿示意图。??“球化现象”属于固－液界面的润湿问题，如图１－４即为熔池与基板??的固－液界面示意图。在激光熔化金属粉末时遵循吉布斯自由能的能量最??低原理，流动性高的液态金属在表面张力的作用下使熔池收缩成“球状”??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mechanical properties and corrosion behavior of selective laser melted 316L stainless steel after different heat treatment processes[J]. Decheng Kong,Chaofang Dong,Xiaoqing Ni,Liang Zhang,Jizheng Yao,Cheng Man,Xuequn Cheng,Kui Xiao,Xiaogang Li. Journal of Materials Science & Technology. 2019(07)
[2]3D打印用CoCrWMo合金粉末的研制及性能分析[J]. 李皓鹏,周亚男,魏维,颜家振,李宁,刘文博. 特钢技术. 2018(02)
[3]选择性激光熔化技术研究现状及发展趋势[J]. 杨佳,郭洪钢,谭建波. 河北工业科技. 2017(04)
[4]选择性激光熔化成形关键基础问题的研究进展[J]. 李瑞迪,魏青松,刘锦辉,史玉升,袁铁锤. 航空制造技术. 2012(05)
博士论文
[1]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
本文编号：3297020
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3297020.html
