激光锻造复合增材制造316L不锈钢工艺参数及残余应力研究
发布时间：2021-07-28 09:01
增材制造具备快速、柔性和绿色制造等技术优势,在航空航天、国防工业和生物医疗方面具有重要应用前景。然而,增材制造技术目前存在零件成形精度低和力学性能不足等瓶颈难题。针对上述技术瓶颈,现已出现若干种既保持增材制造技术优点,又能吸收传统技术优势的复合增材制造技术,为瓶颈难题的解决提供了新路径。激光锻造复合增材制造作为一种全新的复合增材制造技术,其辅助工艺激光锻造源于激光喷丸强化技术,可利用脉冲激光诱发的GPa量级冲击波对中高温金属沉积层进行“锻造”,可有效重构应力分布。本文系统论述了激光锻造复合增材制造316L不锈钢工艺参数及成形零件残余应力分布规律方面的研究工作,主要研究内容和成果如下:揭示了激光增材制造零件残余应力形成原因及分布规律。首先通过对增材制造过程中材料应力应变关系进行计算与分析,得出了残余应力形成的本质原因是材料内部发生了不一致的塑性变形。然后建立了基于热应力平衡方程的数值模型模拟316L不锈钢沉积制造过程,温度场与应力场结果验证了残余应力形成与陡峭温度梯度导致的不一致收缩具有密切关系,揭示了成形零件残余应力分布方向与扫描方向一致且主要表现为拉应力的规律,也为后面激光锻造工艺参...
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于机加工复合增材制造的成形零件[36]
a) 选区激光熔化工艺 b) 基于激光重熔复合增材制造工艺图 1-4 不同工艺下成形零件微观组织[40]Fig.1-4 Microstructure of parts formed by different processes[40]与激光烧蚀、激光重熔工艺相比，激光辅助等离子弧沉积中的激光束并不用于材料，而是为等离子弧沉积提供更多的热能。Qian 等人指出等离子弧沉用的保护气体吸收激光能量而发生电离，进一步提高了等离子弧能量密度并等离子弧直径，在更集中、能量密度更高的等离子弧加热下产生更深的熔池晶粒细化，孔隙率得到降低[41]。基于激光辅助的复合增材制造技术，其辅助工艺具有灵活性高的优点，激能量光束，在制造过程中或使零件成形精度提高、或细化晶粒，或降低孔隙其循环移动使零件经历更复杂的热历史，陡峭温度梯度使零件产生不均匀塑，从而在零件内产生残余应力，降低材料疲劳性能。该复合制造技术涉及众参数，需要建立数学模型优化工艺参数，从而优化零件残余应力分布，提高
b) 超声喷丸 图 1-5 基于喷丸的复合增材制造技术Fig.1-5 Hybrid-AM by peeningSLM 工艺与激光喷丸耦合，研究了耦合规律，激光喷丸工艺参数设置为 1mm 光 层或 10 层制造后进行激光喷丸处理，孔法测量了零件深度方向上的残余应力处理）、激光喷丸试样（1mm 光斑直径光喷丸处理）的残余应力分布对比，对激光喷丸的复合增材制造技术同样能够能，另外，从实验结果可以推测出后续力，这可能是由于 SLM 工艺较 DMD 工否会释放更多残余压应力则有待探索。
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属零件增量复合制造技术[J]. 张海鸥,向鹏洋,芮道满,王桂兰. 航空制造技术. 2015(10)
[2]增材制造——创新与创业的利器[J]. 李涤尘,苏秦,卢秉恒. 航空制造技术. 2015(10)
[3]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)
[4]增材制造（3D打印）技术发展[J]. 卢秉恒,李涤尘. 机械制造与自动化. 2013(04)
[5]金属零件激光增材制造技术的发展及应用[J]. 李怀学,巩水利,孙帆,黄柏颖. 航空制造技术. 2012(20)
[6]激光熔覆过程残余应力的数值模拟[J]. 顾建强,骆芳,姚建华. 激光与光电子学进展. 2010(10)
[7]单次激光冲击下板料变形的理论分析[J]. 周建忠,张永康,周明,殷苏民,杨继昌,吴鸿兴,郭大浩. 中国激光. 2005(01)
本文编号：3307621
【文章来源】：广东工业大学广东省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于机加工复合增材制造的成形零件[36]
a) 选区激光熔化工艺 b) 基于激光重熔复合增材制造工艺图 1-4 不同工艺下成形零件微观组织[40]Fig.1-4 Microstructure of parts formed by different processes[40]与激光烧蚀、激光重熔工艺相比，激光辅助等离子弧沉积中的激光束并不用于材料，而是为等离子弧沉积提供更多的热能。Qian 等人指出等离子弧沉用的保护气体吸收激光能量而发生电离，进一步提高了等离子弧能量密度并等离子弧直径，在更集中、能量密度更高的等离子弧加热下产生更深的熔池晶粒细化，孔隙率得到降低[41]。基于激光辅助的复合增材制造技术，其辅助工艺具有灵活性高的优点，激能量光束，在制造过程中或使零件成形精度提高、或细化晶粒，或降低孔隙其循环移动使零件经历更复杂的热历史，陡峭温度梯度使零件产生不均匀塑，从而在零件内产生残余应力，降低材料疲劳性能。该复合制造技术涉及众参数，需要建立数学模型优化工艺参数，从而优化零件残余应力分布，提高
b) 超声喷丸 图 1-5 基于喷丸的复合增材制造技术Fig.1-5 Hybrid-AM by peeningSLM 工艺与激光喷丸耦合，研究了耦合规律，激光喷丸工艺参数设置为 1mm 光 层或 10 层制造后进行激光喷丸处理，孔法测量了零件深度方向上的残余应力处理）、激光喷丸试样（1mm 光斑直径光喷丸处理）的残余应力分布对比，对激光喷丸的复合增材制造技术同样能够能，另外，从实验结果可以推测出后续力，这可能是由于 SLM 工艺较 DMD 工否会释放更多残余压应力则有待探索。
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属零件增量复合制造技术[J]. 张海鸥,向鹏洋,芮道满,王桂兰. 航空制造技术. 2015(10)
[2]增材制造——创新与创业的利器[J]. 李涤尘,苏秦,卢秉恒. 航空制造技术. 2015(10)
[3]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)
[4]增材制造（3D打印）技术发展[J]. 卢秉恒,李涤尘. 机械制造与自动化. 2013(04)
[5]金属零件激光增材制造技术的发展及应用[J]. 李怀学,巩水利,孙帆,黄柏颖. 航空制造技术. 2012(20)
[6]激光熔覆过程残余应力的数值模拟[J]. 顾建强,骆芳,姚建华. 激光与光电子学进展. 2010(10)
[7]单次激光冲击下板料变形的理论分析[J]. 周建忠,张永康,周明,殷苏民,杨继昌,吴鸿兴,郭大浩. 中国激光. 2005(01)
本文编号：3307621
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