激光增材制造316L不锈钢的显微组织与力学性能研究

发布时间：2024-03-02 12:17

　　传统316L不锈钢由于强度较低、制备周期长、无法直接制备复杂零件等缺点在现代工业的很多复杂工况下使用受到了限制。而增材制造技术由于其较短的制备周期、极高的制备自由度与成型件较好的组织性能恰好弥补了传统不锈钢材料的不足。目前增材制造316L不锈钢的研究主要集中在材料粉末特性和激光加工参数对性能的影响,但其微观结构演变、塑性变形机理与强化机理的一体化研究仍较少,极大地限制了增材制造316L不锈钢作为结构件在工程领域的广泛应用。针对上述研究背景,本文研究了增材制造316L不锈钢显微组织形貌与力学性能,并与传统方式制备的316L不锈钢的力学性能进行对比,研究了材料的成形机制、强化和塑性变形机理,并结合多尺度仿真进行了进一步探究。首先,通过实验方法对材料进行了元素组成、相结构、显微组织表征等研究,观察并分析了各尺度微观形貌特征与材料缺陷。研究结果表明:成形材料中的各个元素分布均匀,由单一奥氏体相组成,相结构组成受到冷却速率与元素组成的共同影响。材料熔池形貌尺寸与边界搭接方式受到工艺参数与扫描方式影响。材料晶粒在堆叠平面与扫描平面展现出了完全不同的形貌与取向织构规律。晶粒内部嵌套了与晶粒生长方向有...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 增材制造技术的简介
    1.3 增材制造不锈钢材料的国内外研究概况
    1.4 本文的主要研究内容与创新点
第2章 材料制备与研究方法
    2.1 实验材料的制备
        2.1.1 材料粉末的制备
        2.1.2 增材制造成形设备
        2.1.3 工艺参数的选择
        2.1.4 制备方法
    2.2 组织表征方法
        2.2.1 样品制备及光学显微镜分析
        2.2.2 扫描电子显微镜及能谱镜分析
        2.2.3 透射电子显微镜分析
    2.3 力学性能实验方法
        2.3.1 维式硬度测试
        2.3.2 拉伸性能测试
        2.3.3 疲劳加工性能测试
    2.4 晶体塑性有限元模拟方法
    2.5 分子动力学模拟方法
第3章 激光增材制造316L不锈钢相组成与显微组织研究
    3.1 引言
    3.2 316 L不锈钢元素及相组成研究
    3.3 316 L不锈钢微观组织结构研究
        3.3.1 熔池的形貌分析研究
        3.3.2 晶粒及晶粒内位错胞结构研究
        3.3.3 缺陷及其形成研究
    3.4 本章小结
第4章 激光增材制造316L不锈钢力学性能研究
    4.1 引言
    4.2 维氏硬度研究
    4.3 拉伸性能研究
        4.3.1 拉伸性能的实验研究
        4.3.2 拉伸性能的理论研究
    4.4 疲劳加工性能研究
    4.5 本章小结
第5章 激光增材制造316L不锈钢塑性变形机理的多尺度模拟研究
    5.1 引言
    5.2 晶体塑性有限元模拟
        5.2.1 模拟模型建立与相关设置
        5.2.2 模拟结果及讨论
    5.3 分子动力学模拟
        5.3.1 模拟模型建立与参数设置
        5.3.2 广义堆垛层错能模拟分析
        5.3.3 位错胞尺寸对拉伸模拟结果的影响
        5.3.4 拉伸微结构演变及分析
    5.4 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文



本文编号：3916847