铸造铝合金激光熔覆修复工艺特性研究及应力场数值模拟
发布时间：2021-08-24 22:42
铝合金在工业中有着广泛的应用,当大型铝合金铸件在制造或者服役的过程中出现缺陷,需要对其进行修复,以适应节约型经济。激光熔覆修复技术由于有着热输入低、自动化程度高等优点,在铝合金修复上有着广阔的发展空间。本文以6mm厚ZL114A铝板为基体,采用Al Si10Mg等粉末对其进行了激光熔覆修复的工艺试验,探究了其工艺特性;同时结合数值模拟的方法,从残余应力方面对其进行了进一步的优化。本文首先进行单层激光熔覆试验,探究对工艺参数对熔覆道成形尺寸的影响规律,研究发现:熔覆层高度主要受扫描速度和送粉量影响,熔覆层的深度则主要受激光功率的影响,熔覆层的宽度受激光功率、送粉量和扫描速度三者的共同的影响。随后在其基础上,对通槽结构进行了激光熔覆修复,并进行了成因分析及控制,研究发现:未熔合缺陷一方面来源于熔覆道规划不足,另一方面由于能量输入不足,对下一层重熔不足;气孔缺陷则跟材料、工艺和保护三方面有关。在真空下贮存粉末,适度降低送粉量或提高扫描速度,在充氩舱中进行修复,三方面相结合能够对气孔缺陷进行有效控制。最后对方槽结构进行了修复,实现了良好的表面成形。随后对激光熔覆修复试件进行了显微组织分析。研究...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光沉积修复ZL114A试件[12]
a)基体和热处理后的 Al-12%Si 试件 b) 混合粉末试件强度（热处理前后）图 1-2 不同粉末及不同状态修复试件强度[13]德国埃尔朗根-纽伦堡大学的 Bartkowiak K[15]等采用 AlSi12、AlSi10Mg以及 Al-Cu、Al-Zn 粉末进行了激光选区熔化。在适当的工艺参数下，单道的激光熔覆在铝合金基体上都可以形成，没有裂纹、脆硬氧化膜，致密的熔覆层。图 1-3 所示为 SLM 技术在 Al6082 上制备 AlSi10Mg 沉积层宏观与微观形貌，可以看出，沉积层致密度较高，且无裂纹缺陷。更值得注意的是在沉积层的表面没有发现有氧化膜的存在，这为铝合金激光增材制造技术提高多层堆积的质量稳定性提供了保障。激光熔化金属粉末形成的过饱和溶液使得熔池中出现了非常细小的 Si 沉淀相，起到一定的增强作用。同时，在 Al6082 基体里发现了大量溶解的 Mg2Si 金属间化合物相，而并非是以独立相的形式存在的。英国利物浦大学的 Louvis E, Fox P[16]等人分别对 6061、AlSi12 等材料进行了 SLM 激光增材制造技术的研究，系统地研究了熔池不同部位的氧化机理及氧化膜对零件成形致密度的影响规律。研究发现位于熔池上表面的氧化膜
a) SLM 微观形貌 图 1-3 6082 基体上 AlSi10日本的 Kimura T, Nakamoto T[17]等在对工艺参数进行试验后，得到了功率所示。当功率密度在 50-100J/mm2最优在低功率下致密度低是因为金属粉末会产生氢气孔和氩气孔。而激光选区熔化的试件在强度上表T6 热处理的铝合金铸件相比，屈服强此高的强度是由于在低热输入下，激细晶强化的方式提高了强度。而在热处强度反而下降。
【参考文献】：
期刊论文
[1]AlSi10Mg激光选区熔化成形工艺参数对致密度的影响与优化[J]. 邹亚桐,魏正英,杜军,陈祯,李俊峰,何宇洋. 应用激光. 2016(06)
[2]AlSi10Mg铝合金选区激光熔化热行为的数值研究[J]. 胡红伟,丁雪萍,段宣明,李永亮. 热加工工艺. 2016(20)
[3]激光沉积修复ZL114A铝合金组织和力学性能分析[J]. 钦兰云,庞爽,杨光,王超,王维. 中国激光. 2016(12)
[4]高性能金属构件的激光增材制造[J]. 林鑫,黄卫东. 中国科学:信息科学. 2015(09)
[5]Sr、Mg及热处理对Al-Si铝合金焊丝堆焊层耐磨性的影响[J]. 徐振,赵志浩,韩东月,陈庆强,王高松,崔建忠. 稀有金属材料与工程. 2015(05)
[6]激光熔化沉积4045铝合金显微组织及显微硬度[J]. 陈永城,张述泉,田象军,王华明. 中国激光. 2015(03)
[7]基于激光熔覆技术的铝合金模具修复研究[J]. 李金华,张德强,姚芳萍,程杰. 制造技术与机床. 2014(12)
[8]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)
[9]激光沉积修复TA15钛合金热应力的数值模拟[J]. 杨光,丁林林,钦兰云,卞宏友,王维. 应用激光. 2014(03)
[10]送粉式激光熔覆中瞬态温度场与几何形貌的三维数值模拟[J]. 刘昊,虞钢,何秀丽,李少霞,郑彩云,宁伟健,葛志福. 中国激光. 2013(12)
博士论文
[1]钛合金激光沉积修复关键技术研究[D]. 钦兰云.沈阳工业大学 2014
硕士论文
[1]选区激光熔化AlSi10Mg温度场及应力场数值模拟研究[D]. 李雅莉.南京航空航天大学 2015
[2]Si、Mg、Sr与Ce对4043铝合金焊丝修复性能的影响[D]. 韩东月.东北大学 2014
[3]211Z铝合金焊接及焊后热处理工艺研究[D]. 高菁菁.哈尔滨工业大学 2013
[4]送粉式和送丝式的钛合金激光增材制造特性研究[D]. 章敏.哈尔滨工业大学 2013
[5]同轴送粉激光熔覆熔池数值模拟[D]. 董敢.湖南大学 2013
[6]铸件表面缺陷等离子喷焊与堆焊修复研究[D]. 单长龙.吉林大学 2013
[7]铝活塞合金激光重熔组织与性能研究[D]. 李俊鹏.西安工业大学 2013
[8]6061铝合金薄板高功率CO2激光填丝焊接的研究[D]. 翟玉峰.上海交通大学 2011
[9]钛合金激光熔覆工艺与形状修复试验研究[D]. 李倩.大连理工大学 2010
[10]铝合金激光熔敷流场和温度场的数值模拟[D]. 王林林.华中科技大学 2007
本文编号：3360856
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
激光沉积修复ZL114A试件[12]
a)基体和热处理后的 Al-12%Si 试件 b) 混合粉末试件强度（热处理前后）图 1-2 不同粉末及不同状态修复试件强度[13]德国埃尔朗根-纽伦堡大学的 Bartkowiak K[15]等采用 AlSi12、AlSi10Mg以及 Al-Cu、Al-Zn 粉末进行了激光选区熔化。在适当的工艺参数下，单道的激光熔覆在铝合金基体上都可以形成，没有裂纹、脆硬氧化膜，致密的熔覆层。图 1-3 所示为 SLM 技术在 Al6082 上制备 AlSi10Mg 沉积层宏观与微观形貌，可以看出，沉积层致密度较高，且无裂纹缺陷。更值得注意的是在沉积层的表面没有发现有氧化膜的存在，这为铝合金激光增材制造技术提高多层堆积的质量稳定性提供了保障。激光熔化金属粉末形成的过饱和溶液使得熔池中出现了非常细小的 Si 沉淀相，起到一定的增强作用。同时，在 Al6082 基体里发现了大量溶解的 Mg2Si 金属间化合物相，而并非是以独立相的形式存在的。英国利物浦大学的 Louvis E, Fox P[16]等人分别对 6061、AlSi12 等材料进行了 SLM 激光增材制造技术的研究，系统地研究了熔池不同部位的氧化机理及氧化膜对零件成形致密度的影响规律。研究发现位于熔池上表面的氧化膜
a) SLM 微观形貌 图 1-3 6082 基体上 AlSi10日本的 Kimura T, Nakamoto T[17]等在对工艺参数进行试验后，得到了功率所示。当功率密度在 50-100J/mm2最优在低功率下致密度低是因为金属粉末会产生氢气孔和氩气孔。而激光选区熔化的试件在强度上表T6 热处理的铝合金铸件相比，屈服强此高的强度是由于在低热输入下，激细晶强化的方式提高了强度。而在热处强度反而下降。
【参考文献】：
期刊论文
[1]AlSi10Mg激光选区熔化成形工艺参数对致密度的影响与优化[J]. 邹亚桐,魏正英,杜军,陈祯,李俊峰,何宇洋. 应用激光. 2016(06)
[2]AlSi10Mg铝合金选区激光熔化热行为的数值研究[J]. 胡红伟,丁雪萍,段宣明,李永亮. 热加工工艺. 2016(20)
[3]激光沉积修复ZL114A铝合金组织和力学性能分析[J]. 钦兰云,庞爽,杨光,王超,王维. 中国激光. 2016(12)
[4]高性能金属构件的激光增材制造[J]. 林鑫,黄卫东. 中国科学:信息科学. 2015(09)
[5]Sr、Mg及热处理对Al-Si铝合金焊丝堆焊层耐磨性的影响[J]. 徐振,赵志浩,韩东月,陈庆强,王高松,崔建忠. 稀有金属材料与工程. 2015(05)
[6]激光熔化沉积4045铝合金显微组织及显微硬度[J]. 陈永城,张述泉,田象军,王华明. 中国激光. 2015(03)
[7]基于激光熔覆技术的铝合金模具修复研究[J]. 李金华,张德强,姚芳萍,程杰. 制造技术与机床. 2014(12)
[8]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)
[9]激光沉积修复TA15钛合金热应力的数值模拟[J]. 杨光,丁林林,钦兰云,卞宏友,王维. 应用激光. 2014(03)
[10]送粉式激光熔覆中瞬态温度场与几何形貌的三维数值模拟[J]. 刘昊,虞钢,何秀丽,李少霞,郑彩云,宁伟健,葛志福. 中国激光. 2013(12)
博士论文
[1]钛合金激光沉积修复关键技术研究[D]. 钦兰云.沈阳工业大学 2014
硕士论文
[1]选区激光熔化AlSi10Mg温度场及应力场数值模拟研究[D]. 李雅莉.南京航空航天大学 2015
[2]Si、Mg、Sr与Ce对4043铝合金焊丝修复性能的影响[D]. 韩东月.东北大学 2014
[3]211Z铝合金焊接及焊后热处理工艺研究[D]. 高菁菁.哈尔滨工业大学 2013
[4]送粉式和送丝式的钛合金激光增材制造特性研究[D]. 章敏.哈尔滨工业大学 2013
[5]同轴送粉激光熔覆熔池数值模拟[D]. 董敢.湖南大学 2013
[6]铸件表面缺陷等离子喷焊与堆焊修复研究[D]. 单长龙.吉林大学 2013
[7]铝活塞合金激光重熔组织与性能研究[D]. 李俊鹏.西安工业大学 2013
[8]6061铝合金薄板高功率CO2激光填丝焊接的研究[D]. 翟玉峰.上海交通大学 2011
[9]钛合金激光熔覆工艺与形状修复试验研究[D]. 李倩.大连理工大学 2010
[10]铝合金激光熔敷流场和温度场的数值模拟[D]. 王林林.华中科技大学 2007
本文编号：3360856
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