选区激光熔化H13钢温度场及应力场的研究
发布时间：2022-04-26 19:29
选区激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）工艺过程相对简单,成型金属材料范围较广,具有很好的发展前景。该技术在缩短产品开发周期的同时,可以尽可能的使制件的致密度接近100%,而且成型后的制件可以不需要后处理或只需简单后处理就直接投入使用,相比于传统的制造工艺,使用该技术制造的零件各方面的性能可以更优。本文首先制备了H13钢的SLM试样,接着对试样的显微组织和性能进行了观察和分析,然后采用有限元软件ABAQUS,对SLM加工过程中不易观察的温度场、熔池形貌和应力场进行了分析。结果表明,实验得到了最大致密度为97.47%的试样,发现致密度随激光功率的增大先增大,后略有减小,随扫描速度的增大而减小。试样出现了球化、未熔化和未熔合等缺陷,显微组织主要以马氏体为主,试样的晶粒内部存在尺寸为几微米至数十微米的条状和胞状亚结构。数值模拟温度场方面,影响最高温度的主要热物理参数是比热容,而热导率影响冷却速度;而应力场方面,影响应力场的主要力学性能参数是热膨胀系数。粉床下方实体体积越小,散热效果越差,但同时可以减小加工过程中的应力。冷却时,粉末-实体交界处及附近区域的等温线出...
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 选区激光熔化技术简介
1.2 SLM实验方面国内外研究现状
1.2.1 SLM材料国内外研究现状
1.2.2 SLM设备国内外研究现状
1.2.3 SLM工艺国内外研究现状
1.3 SLM数值模拟方面国内外研究现状
1.3.1 SLM温度场国内外研究现状
1.3.2 SLM应力场国内外研究现状
1.4 本文的主要研究内容
第2章 研究方法及基本理论
2.1 SLM实验及性能测试
2.1.1 试样的制备
2.1.2 致密度测量方法
2.1.3 显微分析方法
2.1.4 硬度测量方法
2.1.5 残余应力测量方法及原理
2.2 SLM数值模拟温度场分析
2.2.1 温度场控制方程
2.2.2 边界条件
2.2.3 热源模型
2.2.4 H13 钢的热物理参数
2.2.5 潜热处理
2.3 SLM数值模拟应力场分析
2.3.1 屈服准则
2.3.2 流动准则
2.3.3 强化准则
2.3.4 热弹塑性本构关系
2.3.5 H13 钢的力学性能参数
2.4 本章小结
第3章 H13钢SLM成型及性能分析
3.1 实验材料
3.2 致密度测量
3.3 显微分析
3.4 硬度测量
3.5 本章小结
第4章 SLM温度场及熔池形貌的研究
4.1 有限元几何模型
4.2 热源模型验证
4.3 热物理参数的影响
4.4 粉床下方结构对温度场的影响
4.5 工艺参数对单道温度场的影响
4.6 工艺参数对多道温度场的影响
4.7 本章小结
第5章 SLM应力场的研究
5.1 约束条件
5.2 应力分布特征
5.3 力学参数的影响
5.4 粉床下方结构对应力场的影响
5.5 单道应力场研究
5.5.1 不同激光功率的影响
5.5.2 不同扫描速度的影响
5.6 多道应力场研究
5.6.1 不同激光功率的影响
5.6.2 不同扫描速度的影响
5.7 本章小结
结论
展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]AlSi10Mg粉末激光选区熔化温度场的数值模拟[J]. 杜洋,乔凤斌,郭立杰,李鹏,朱小刚. 电焊机. 2018(08)
[2]H13钢CCT曲线的测定与分析[J]. 樊明强,毛磊,秦森,张雲飞,田志强,孙中华. 热加工工艺. 2018(02)
[3]激光熔覆镍基合金温度场和应力场数值模拟[J]. 李美艳,韩彬,蔡春波,王勇,宋立新. 焊接学报. 2015(05)
[4]激光选区熔化技术及其在个性化医学中的应用[J]. 杨永强,宋长辉,王迪. 机械工程学报. 2014(21)
[5]焊接数值模拟中热源的选用原则[J]. 谷京晨,童莉葛,黎磊,王立,尹少武,白世武. 材料导报. 2014(01)
[6]金属粉末选区激光熔化单道扫描热应力场的数值模拟[J]. 任忠,王东东,白培康,马国云. 热加工工艺. 2010(15)
[7]SLM激光快速成型设备的设计与开发[J]. 陈光霞,曾晓雁. 机械设计与制造. 2010(08)
[8]基板预热对激光金属沉积成形过程热应力的影响[J]. 龙日升,刘伟军,邢飞,王华兵,卞宏友. 机械工程学报. 2009(10)
[9]激光熔覆层温度场和应力场的数值模拟[J]. 程广萍,李明喜,何宜柱,丁林. 热处理. 2009(04)
[10]选区激光熔化快速成型过程温度场数值模拟[J]. 师文庆,杨永强,黄延禄,程大伟. 激光技术. 2008(04)
博士论文
[1]熔融沉积成型有限元模拟与工艺优化研究[D]. 纪良波.南昌大学 2011
硕士论文
[1]选择性激光熔化成型薄壁件的有限元分析及实验研究[D]. 刘超.重庆大学 2018
[2]H13钢的选择性激光熔化制备及残余应力分析[D]. 郑东来.哈尔滨工业大学 2016
[3]选区激光熔化成型医用Ti-6Al-4V合金的组织和性能研究[D]. 蒋军杰.重庆大学 2015
[4]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
[5]钛合金薄板激光焊接变形控制研究[D]. 刘西霞.湖南大学 2014
[6]GH4169镍基合金粉末选区激光熔化基础工艺研究[D]. 杜胶义.中北大学 2014
[7]选区激光熔化成形过程的应力场模拟及实验研究[D]. 姜毅.华中科技大学 2012
[8]低碳钢/低合金高强钢薄板焊接变形的数值模拟[D]. 孙岱.重庆大学 2011
[9]金属粉末选择性激光熔化成形模拟及试验研究[D]. 李佳桂.华中科技大学 2007
本文编号：3648600
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 选区激光熔化技术简介
1.2 SLM实验方面国内外研究现状
1.2.1 SLM材料国内外研究现状
1.2.2 SLM设备国内外研究现状
1.2.3 SLM工艺国内外研究现状
1.3 SLM数值模拟方面国内外研究现状
1.3.1 SLM温度场国内外研究现状
1.3.2 SLM应力场国内外研究现状
1.4 本文的主要研究内容
第2章 研究方法及基本理论
2.1 SLM实验及性能测试
2.1.1 试样的制备
2.1.2 致密度测量方法
2.1.3 显微分析方法
2.1.4 硬度测量方法
2.1.5 残余应力测量方法及原理
2.2 SLM数值模拟温度场分析
2.2.1 温度场控制方程
2.2.2 边界条件
2.2.3 热源模型
2.2.4 H13 钢的热物理参数
2.2.5 潜热处理
2.3 SLM数值模拟应力场分析
2.3.1 屈服准则
2.3.2 流动准则
2.3.3 强化准则
2.3.4 热弹塑性本构关系
2.3.5 H13 钢的力学性能参数
2.4 本章小结
第3章 H13钢SLM成型及性能分析
3.1 实验材料
3.2 致密度测量
3.3 显微分析
3.4 硬度测量
3.5 本章小结
第4章 SLM温度场及熔池形貌的研究
4.1 有限元几何模型
4.2 热源模型验证
4.3 热物理参数的影响
4.4 粉床下方结构对温度场的影响
4.5 工艺参数对单道温度场的影响
4.6 工艺参数对多道温度场的影响
4.7 本章小结
第5章 SLM应力场的研究
5.1 约束条件
5.2 应力分布特征
5.3 力学参数的影响
5.4 粉床下方结构对应力场的影响
5.5 单道应力场研究
5.5.1 不同激光功率的影响
5.5.2 不同扫描速度的影响
5.6 多道应力场研究
5.6.1 不同激光功率的影响
5.6.2 不同扫描速度的影响
5.7 本章小结
结论
展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]AlSi10Mg粉末激光选区熔化温度场的数值模拟[J]. 杜洋,乔凤斌,郭立杰,李鹏,朱小刚. 电焊机. 2018(08)
[2]H13钢CCT曲线的测定与分析[J]. 樊明强,毛磊,秦森,张雲飞,田志强,孙中华. 热加工工艺. 2018(02)
[3]激光熔覆镍基合金温度场和应力场数值模拟[J]. 李美艳,韩彬,蔡春波,王勇,宋立新. 焊接学报. 2015(05)
[4]激光选区熔化技术及其在个性化医学中的应用[J]. 杨永强,宋长辉,王迪. 机械工程学报. 2014(21)
[5]焊接数值模拟中热源的选用原则[J]. 谷京晨,童莉葛,黎磊,王立,尹少武,白世武. 材料导报. 2014(01)
[6]金属粉末选区激光熔化单道扫描热应力场的数值模拟[J]. 任忠,王东东,白培康,马国云. 热加工工艺. 2010(15)
[7]SLM激光快速成型设备的设计与开发[J]. 陈光霞,曾晓雁. 机械设计与制造. 2010(08)
[8]基板预热对激光金属沉积成形过程热应力的影响[J]. 龙日升,刘伟军,邢飞,王华兵,卞宏友. 机械工程学报. 2009(10)
[9]激光熔覆层温度场和应力场的数值模拟[J]. 程广萍,李明喜,何宜柱,丁林. 热处理. 2009(04)
[10]选区激光熔化快速成型过程温度场数值模拟[J]. 师文庆,杨永强,黄延禄,程大伟. 激光技术. 2008(04)
博士论文
[1]熔融沉积成型有限元模拟与工艺优化研究[D]. 纪良波.南昌大学 2011
硕士论文
[1]选择性激光熔化成型薄壁件的有限元分析及实验研究[D]. 刘超.重庆大学 2018
[2]H13钢的选择性激光熔化制备及残余应力分析[D]. 郑东来.哈尔滨工业大学 2016
[3]选区激光熔化成型医用Ti-6Al-4V合金的组织和性能研究[D]. 蒋军杰.重庆大学 2015
[4]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
[5]钛合金薄板激光焊接变形控制研究[D]. 刘西霞.湖南大学 2014
[6]GH4169镍基合金粉末选区激光熔化基础工艺研究[D]. 杜胶义.中北大学 2014
[7]选区激光熔化成形过程的应力场模拟及实验研究[D]. 姜毅.华中科技大学 2012
[8]低碳钢/低合金高强钢薄板焊接变形的数值模拟[D]. 孙岱.重庆大学 2011
[9]金属粉末选择性激光熔化成形模拟及试验研究[D]. 李佳桂.华中科技大学 2007
本文编号：3648600
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