基于选区激光熔化的金属构件力学性能提升工艺及方法研究
发布时间：2022-08-04 16:27
科技的快速发展对金属材料的力学性能提出了更高的要求,本文从工艺优化与材料设计两个方面,通过选区激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）技术,对Ti6Al4V合金与Fe基合金的力学性能提升方法进行了研究。研究了SLM成形Ti6Al4V合金的分区尺寸对表面形貌、致密度、显微组织与力学性能的影响,对比研究了热等静压处理（Hot Isostatic Pressing,HIP）对SLM成形Ti6Al4V合金的物相、显微组织、硬度、拉伸与低周疲劳性能的影响,分析了HIP前后显微组织演变规律。制备了WC/Fe基复合材料,研究了激光工艺参数对致密度的影响,分析了扫描速度对显微组织、硬度与耐磨损性能的影响机制。通过SLM制备了不同分区尺寸的Ti6Al4V试样。当分区尺寸为5 mm时,表面质量最好,获得最大致密度99.7%。此条件下的硬度与拉伸强度也达到最大值,分别为452.7 HV0.2和1202MPa。分区尺寸小于或大于5 mm时,致密度较低,力学性能较差。不同分区尺寸试样的显微组织无明显差异,均表现为细小的针状马氏体。经HIP处理,试样致密度由99.8...
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 增材制造的发展
1.2 激光增材制造技术的分类及应用
1.2.1 选区激光熔化
1.2.2 激光金属沉积
1.2.3 激光增材制造技术的应用
1.3 钛合金简介
1.4 钛合金增材制造研究进展
1.5 铁基合金及其复合材料增材制造研究进展
1.6 本课题主要研究内容
第二章 实验材料及方法
2.1 实验材料
2.1.1 Ti6Al4V粉末
2.1.2 WC/Fe混合粉末
2.2 实验过程
2.2.1 选区激光熔化成形过程
2.2.2 热等静压处理
2.3 实验表征分析
2.3.1 致密度分析
2.3.2 物相分析
2.3.3 表面形貌分析
2.3.4 显微组织分析
2.3.5 显微硬度测量
2.3.6 拉伸试验
2.3.7 低周疲劳试验
2.3.8 摩擦磨损试验
第三章 基于岛状分区扫描策略的分区尺寸对SLM成形Ti6Al4V合金组织及性能的影响
3.1 研究背景与研究思路
3.2 研究结果与分析
3.2.1 分区尺寸对选区激光熔化成形Ti6Al4V表面形貌的影响规律
3.2.2 分区尺寸对选区激光熔化成形Ti6Al4V致密度的影响规律
3.2.3 分区尺寸对选区激光熔化成形Ti6Al4V显微组织的影响规律
3.2.4 分区尺寸对选区激光熔化成形Ti6Al4V显微硬度的影响规律
3.2.5 分区尺寸对选区激光熔化成形Ti6Al4V拉伸性能的影响规律
3.3 本章小结
第四章 热等静压工艺对SLM成形Ti6Al4V合金的组织及力学性能的影响
4.1 研究背景与研究思路
4.2 研究结果与分析
4.2.1 热等静压对SLM成形Ti6Al4V物相的影响规律
4.2.2 热等静压对SLM成形Ti6Al4V致密度的影响规律
4.2.3 热等静压对SLM成形Ti6Al4V显微组织演变规律研究
4.2.4 热等静压对SLM成形Ti6Al4V显微硬度的影响规律
4.2.5 热等静压对SLM成形Ti6Al4V拉伸性能的影响规律
4.2.6 热等静压对SLM成形Ti6Al4V低周疲劳性能的影响规律
4.3 本章小结
第五章 SLM成形WC/Fe基复合材料的工艺、组织及性能的研究
5.1 研究背景与研究思路
5.2 研究结果与分析
5.2.1 工艺参数对SLM成形WC/Fe基复合材料致密度的影响规律
5.2.2 SLM成形WC/Fe基复合材料梯度界面与显微组织分析
5.2.3 SLM成形WC/Fe基复合材料显微硬度分析
5.2.4 SLM成形WC/Fe基复合材料摩擦磨损性能分析
5.3 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属零件激光选区熔化技术的现状及进展[J]. 杨永强,陈杰,宋长辉,王迪,白玉超. 激光与光电子学进展. 2018(01)
[2]增材制造技术:从形式向功能发展[J]. 现代军事. 2017(03)
[3]Materials creation adds new dimensions to 3D printing[J]. Dongdong Gu. Science Bulletin. 2016(22)
[4]热等静压技术在材料致密化中的应用[J]. 王勇兵,刘慧渊,范帮勇. 装备机械. 2015(03)
[5]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)
[6]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)
[7]铁基复合材料的研究进展[J]. 张世凭,尹红,丁义超. 热加工工艺. 2011(18)
[8]热等静压技术的发展与应用[J]. 刘慧渊,何如松,周武平,王铁军. 新材料产业. 2010(11)
[9]大型钛合金结构件激光直接制造的进展与挑战(邀请论文)[J]. 王华明,张述泉,王向明. 中国激光. 2009(12)
[10]大型钛合金结构激光快速成形技术研究进展[J]. 王华明,张述泉,汤海波,李鹏,方艳丽,李安. 航空精密制造技术. 2008(06)
博士论文
[1]基于Incone1718的高沉积率激光金属沉积增材制造技术研究[D]. 仲崇亮.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
硕士论文
[1]激光沉积制造TC4钛合金性能研究[D]. 吴迪.沈阳航空航天大学 2018
[2]选区激光熔化TC4合金的凝固组织演化规律研究[D]. 张慧.哈尔滨工业大学 2017
[3]钛合金激光选区熔化工艺优化与性能研究[D]. 王小龙.华南理工大学 2016
本文编号：3669879
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 增材制造的发展
1.2 激光增材制造技术的分类及应用
1.2.1 选区激光熔化
1.2.2 激光金属沉积
1.2.3 激光增材制造技术的应用
1.3 钛合金简介
1.4 钛合金增材制造研究进展
1.5 铁基合金及其复合材料增材制造研究进展
1.6 本课题主要研究内容
第二章 实验材料及方法
2.1 实验材料
2.1.1 Ti6Al4V粉末
2.1.2 WC/Fe混合粉末
2.2 实验过程
2.2.1 选区激光熔化成形过程
2.2.2 热等静压处理
2.3 实验表征分析
2.3.1 致密度分析
2.3.2 物相分析
2.3.3 表面形貌分析
2.3.4 显微组织分析
2.3.5 显微硬度测量
2.3.6 拉伸试验
2.3.7 低周疲劳试验
2.3.8 摩擦磨损试验
第三章 基于岛状分区扫描策略的分区尺寸对SLM成形Ti6Al4V合金组织及性能的影响
3.1 研究背景与研究思路
3.2 研究结果与分析
3.2.1 分区尺寸对选区激光熔化成形Ti6Al4V表面形貌的影响规律
3.2.2 分区尺寸对选区激光熔化成形Ti6Al4V致密度的影响规律
3.2.3 分区尺寸对选区激光熔化成形Ti6Al4V显微组织的影响规律
3.2.4 分区尺寸对选区激光熔化成形Ti6Al4V显微硬度的影响规律
3.2.5 分区尺寸对选区激光熔化成形Ti6Al4V拉伸性能的影响规律
3.3 本章小结
第四章 热等静压工艺对SLM成形Ti6Al4V合金的组织及力学性能的影响
4.1 研究背景与研究思路
4.2 研究结果与分析
4.2.1 热等静压对SLM成形Ti6Al4V物相的影响规律
4.2.2 热等静压对SLM成形Ti6Al4V致密度的影响规律
4.2.3 热等静压对SLM成形Ti6Al4V显微组织演变规律研究
4.2.4 热等静压对SLM成形Ti6Al4V显微硬度的影响规律
4.2.5 热等静压对SLM成形Ti6Al4V拉伸性能的影响规律
4.2.6 热等静压对SLM成形Ti6Al4V低周疲劳性能的影响规律
4.3 本章小结
第五章 SLM成形WC/Fe基复合材料的工艺、组织及性能的研究
5.1 研究背景与研究思路
5.2 研究结果与分析
5.2.1 工艺参数对SLM成形WC/Fe基复合材料致密度的影响规律
5.2.2 SLM成形WC/Fe基复合材料梯度界面与显微组织分析
5.2.3 SLM成形WC/Fe基复合材料显微硬度分析
5.2.4 SLM成形WC/Fe基复合材料摩擦磨损性能分析
5.3 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属零件激光选区熔化技术的现状及进展[J]. 杨永强,陈杰,宋长辉,王迪,白玉超. 激光与光电子学进展. 2018(01)
[2]增材制造技术:从形式向功能发展[J]. 现代军事. 2017(03)
[3]Materials creation adds new dimensions to 3D printing[J]. Dongdong Gu. Science Bulletin. 2016(22)
[4]热等静压技术在材料致密化中的应用[J]. 王勇兵,刘慧渊,范帮勇. 装备机械. 2015(03)
[5]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)
[6]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)
[7]铁基复合材料的研究进展[J]. 张世凭,尹红,丁义超. 热加工工艺. 2011(18)
[8]热等静压技术的发展与应用[J]. 刘慧渊,何如松,周武平,王铁军. 新材料产业. 2010(11)
[9]大型钛合金结构件激光直接制造的进展与挑战(邀请论文)[J]. 王华明,张述泉,王向明. 中国激光. 2009(12)
[10]大型钛合金结构激光快速成形技术研究进展[J]. 王华明,张述泉,汤海波,李鹏,方艳丽,李安. 航空精密制造技术. 2008(06)
博士论文
[1]基于Incone1718的高沉积率激光金属沉积增材制造技术研究[D]. 仲崇亮.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
硕士论文
[1]激光沉积制造TC4钛合金性能研究[D]. 吴迪.沈阳航空航天大学 2018
[2]选区激光熔化TC4合金的凝固组织演化规律研究[D]. 张慧.哈尔滨工业大学 2017
[3]钛合金激光选区熔化工艺优化与性能研究[D]. 王小龙.华南理工大学 2016
本文编号：3669879
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