选择性激光熔化增材制造24CrNiMo合金钢的微观组织演变及力学性能研究
发布时间：2021-08-31 07:11
合金钢在国民经济和国防诸多工业领域发挥着重要作用,因其具有良好的强韧性和耐磨性,一直是高速列车制动盘的主要使用材料。传统合金钢制动盘制造工艺繁琐,流程和加工周期长,且不能满足日渐复杂的设计需求。选择性激光熔化增材制造（SLM）技术因一体化的三维立体直接成形工艺,解决了复杂结构设计的要求,效率高,节约成本,是实现环境友好、资源节约和自动化制造的理想制造工艺。然而由于合金钢成分复杂,物相和相变不易控制,选择性激光熔化增材制造过程中工艺参数、组织演变和性能之间的相互作用关系难以控制而限制其发展。因此,本文选取制动盘材料24CrNiMo合金钢为研究对象,揭示了激光增材制造工艺参数对缺陷特征和组织演变的影响规律,研究了激光增材制造样件的显微组织、力学行为、摩擦磨损性能及其相互作用的关系,探究了后热处理工艺对激光增材制造24CrNiMo合金钢组织与性能的作用机理,以达到进一步提高其性能的目的。本文面向24CrNiMo合金钢实施激光增材制造,旨在获得优化的工艺参数,降低缺陷,改善性能,为解决高性能合金钢构件激光增材制造控形控性问题提供必要的理论基础和实践指导。研究中,利用光学显微镜（OM）、扫描电子...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１增材制造的应用??
第１章绪论??（Ｃ）凝固前沿生长方向和增益的优先生长方向的分析示意图??图１．２?ＳＬＭ零件特征微观结构的ＦＥ－ＳＥＭ图像［３８］??南京航空航天大学陈宏宇等采用ＳＬＭ的不同扫描速度制造铁基合金成形??件，研宄了铁基合金的组织结构，如图１．３所示。观察到ＳＬＭ成形件的组织主??要为马氏体和少量残余奥氏体。这是由于较高的激光速率，导致熔池快速凝固形??成马氏体；另外，钢中的合金元素如Ｃｒ，Ｍｏ和Ｓｉ可有效促进马氏体转变，而残??余奥氏体的含量随着激光扫描速度的变化而稍有不同，当扫描速度达到??１６００ｍｍ／ｓ，残余奥氏体含量仅为３．５％。??（ａ）?３３３．３Ｊ／ｍｍ３，１２００ｍｍ／ｓ?（ｂ）?２５０．０Ｊ／ｍｍ３，１６００ｍｍ／ｓ??■■??（ｃ）?２００．０Ｊ／ｍｍ３
性导致的连续层间的孔隙率最小［４０，４｜，４２夂４６〗。高孔隙率是由于激光能量不足以完??全作用于粉末层厚度中，使得沉积层的顶部或熔池边界处不能充分熔化以获得良??好的冶金粘合，如图１．４所示。??ｍｍ??（ａ）基体重熔不足且存在气孔?（ｂ）相对完全致密的微观结构［４７］??图１．４?ＳＬＭ处理的Ｔｉ－６ＡＩ４Ｖ的微观结构??ＳＬＭ成形零件中存在孔隙的一个重要原因是在激光快速扫描期间气泡被夹??带在夹层中，并且它们会随着激光扫描的进行蒸发并且不均匀，其位置也会随时??间变化，从而导致激光扫描轨道不稳定，进而导致随后的沉积层中形成的蒸汽腔??周围的液态金属呈周期性坍塌形成孔隙１４２，４４，４８，４９，５（）］。相关报道认为，上述扫描轨??道内的主要气体为金属蒸汽，以及成形舱内的保护气体ｔ４２，４４，４８，４９＾。??为了降低孔隙率，可通过采用高功率或高速度的ＳＬＭ成形工艺参数来保证??扫描轨道的稳定性［５１］。通常可使用连续波Ｎｄ：?ＹＡＧ激光器，其在工作过程中仅??产生轻微电离的蒸汽流［４７，５４，５９］，与（：０２激光器相比，＼￡１：丫八０激光器的波长更??短
【参考文献】：
期刊论文
[1]低合金耐磨钢摩擦磨损性能研究[J]. 文军,李毅,张东亚,冯坤. 工程机械. 2018(12)
[2]金属粉末床熔融工艺在线监测技术综述[J]. 赵德陈,林峰. 中国机械工程. 2018(17)
[3]3%SiC/AlSi10Mg复合材料SLM成形力学性能与组织分析[J]. 张天驰,张明,祁俊峰,季禹曈. 新技术新工艺. 2018(07)
[4]激光增材制造钢的后热处理研究现状[J]. 李福泉,孟祥旭,董志宏,彭晓. 精密成形工程. 2018(01)
[5]多激光束选区熔化成形技术研究[J]. 刘正武,侯春杰,王联凤,朱小刚. 制造技术与机床. 2018(01)
[6]金属构件选区激光熔化增材制造控形与控性的跨尺度物理学机制[J]. 顾冬冬,戴冬华,夏木建,马成龙. 南京航空航天大学学报. 2017(05)
[7]K465合金激光增材制造加工工艺研究[J]. 施凡,赵吉宾,王志国,赵宇辉,姚超. 机械科学与技术. 2017(08)
[8]Microstructure and Fracture Behavior of 316L Austenitic Stainless Steel Produced by Selective Laser Melting[J]. R.Casati,J.Lemke,M.Vedani. Journal of Materials Science & Technology. 2016(08)
[9]增材制造技术在船舶制造中的应用和展望[J]. 李雪峰,夏申琳,杨晓. 金属加工(冷加工). 2016(16)
[10]扫描策略对金属粉末选区激光熔化温度场的影响[J]. 陈德宁,刘婷婷,廖文和,张长东,张凯. 中国激光. 2016(04)
硕士论文
[1]激光熔覆铁基合金粉末制备高速列车制动盘的工艺研究[D]. 王玉乔.石家庄铁道大学 2018
[2]食肉植物猪笼草的减摩机理研究及仿生制备[D]. 黄钜斌.吉林大学 2018
[3]粉末床激光熔融增材制造不锈钢件的致密度研究[D]. 陈阳生.湖南大学 2018
[4]合金钢制动盘材料的摩擦及表面损伤研究[D]. 郭红伟.北京交通大学 2018
[5]激光增材制造H13钢及回火处理的组织和性能研究[D]. 严凯.苏州大学 2017
[6]铝合金表面激光熔覆Fe基、Ni基合金涂层的研究[D]. 彭世鑫.重庆理工大学 2013
[7]合金钢CCT曲线研究[D]. 张黄强.武汉科技大学 2008
本文编号：3374450
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１增材制造的应用??
第１章绪论??（Ｃ）凝固前沿生长方向和增益的优先生长方向的分析示意图??图１．２?ＳＬＭ零件特征微观结构的ＦＥ－ＳＥＭ图像［３８］??南京航空航天大学陈宏宇等采用ＳＬＭ的不同扫描速度制造铁基合金成形??件，研宄了铁基合金的组织结构，如图１．３所示。观察到ＳＬＭ成形件的组织主??要为马氏体和少量残余奥氏体。这是由于较高的激光速率，导致熔池快速凝固形??成马氏体；另外，钢中的合金元素如Ｃｒ，Ｍｏ和Ｓｉ可有效促进马氏体转变，而残??余奥氏体的含量随着激光扫描速度的变化而稍有不同，当扫描速度达到??１６００ｍｍ／ｓ，残余奥氏体含量仅为３．５％。??（ａ）?３３３．３Ｊ／ｍｍ３，１２００ｍｍ／ｓ?（ｂ）?２５０．０Ｊ／ｍｍ３，１６００ｍｍ／ｓ??■■??（ｃ）?２００．０Ｊ／ｍｍ３
性导致的连续层间的孔隙率最小［４０，４｜，４２夂４６〗。高孔隙率是由于激光能量不足以完??全作用于粉末层厚度中，使得沉积层的顶部或熔池边界处不能充分熔化以获得良??好的冶金粘合，如图１．４所示。??ｍｍ??（ａ）基体重熔不足且存在气孔?（ｂ）相对完全致密的微观结构［４７］??图１．４?ＳＬＭ处理的Ｔｉ－６ＡＩ４Ｖ的微观结构??ＳＬＭ成形零件中存在孔隙的一个重要原因是在激光快速扫描期间气泡被夹??带在夹层中，并且它们会随着激光扫描的进行蒸发并且不均匀，其位置也会随时??间变化，从而导致激光扫描轨道不稳定，进而导致随后的沉积层中形成的蒸汽腔??周围的液态金属呈周期性坍塌形成孔隙１４２，４４，４８，４９，５（）］。相关报道认为，上述扫描轨??道内的主要气体为金属蒸汽，以及成形舱内的保护气体ｔ４２，４４，４８，４９＾。??为了降低孔隙率，可通过采用高功率或高速度的ＳＬＭ成形工艺参数来保证??扫描轨道的稳定性［５１］。通常可使用连续波Ｎｄ：?ＹＡＧ激光器，其在工作过程中仅??产生轻微电离的蒸汽流［４７，５４，５９］，与（：０２激光器相比，＼￡１：丫八０激光器的波长更??短
【参考文献】：
期刊论文
[1]低合金耐磨钢摩擦磨损性能研究[J]. 文军,李毅,张东亚,冯坤. 工程机械. 2018(12)
[2]金属粉末床熔融工艺在线监测技术综述[J]. 赵德陈,林峰. 中国机械工程. 2018(17)
[3]3%SiC/AlSi10Mg复合材料SLM成形力学性能与组织分析[J]. 张天驰,张明,祁俊峰,季禹曈. 新技术新工艺. 2018(07)
[4]激光增材制造钢的后热处理研究现状[J]. 李福泉,孟祥旭,董志宏,彭晓. 精密成形工程. 2018(01)
[5]多激光束选区熔化成形技术研究[J]. 刘正武,侯春杰,王联凤,朱小刚. 制造技术与机床. 2018(01)
[6]金属构件选区激光熔化增材制造控形与控性的跨尺度物理学机制[J]. 顾冬冬,戴冬华,夏木建,马成龙. 南京航空航天大学学报. 2017(05)
[7]K465合金激光增材制造加工工艺研究[J]. 施凡,赵吉宾,王志国,赵宇辉,姚超. 机械科学与技术. 2017(08)
[8]Microstructure and Fracture Behavior of 316L Austenitic Stainless Steel Produced by Selective Laser Melting[J]. R.Casati,J.Lemke,M.Vedani. Journal of Materials Science & Technology. 2016(08)
[9]增材制造技术在船舶制造中的应用和展望[J]. 李雪峰,夏申琳,杨晓. 金属加工(冷加工). 2016(16)
[10]扫描策略对金属粉末选区激光熔化温度场的影响[J]. 陈德宁,刘婷婷,廖文和,张长东,张凯. 中国激光. 2016(04)
硕士论文
[1]激光熔覆铁基合金粉末制备高速列车制动盘的工艺研究[D]. 王玉乔.石家庄铁道大学 2018
[2]食肉植物猪笼草的减摩机理研究及仿生制备[D]. 黄钜斌.吉林大学 2018
[3]粉末床激光熔融增材制造不锈钢件的致密度研究[D]. 陈阳生.湖南大学 2018
[4]合金钢制动盘材料的摩擦及表面损伤研究[D]. 郭红伟.北京交通大学 2018
[5]激光增材制造H13钢及回火处理的组织和性能研究[D]. 严凯.苏州大学 2017
[6]铝合金表面激光熔覆Fe基、Ni基合金涂层的研究[D]. 彭世鑫.重庆理工大学 2013
[7]合金钢CCT曲线研究[D]. 张黄强.武汉科技大学 2008
本文编号：3374450
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