激光快速成形T250马氏体时效钢组织性能的研究

发布时间：2017-06-09 19:16

  本文关键词：激光快速成形T250马氏体时效钢组织性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：T250马氏体时效钢是我国仿制国外研制的一种高合金超高强度钢,具有强度高、韧性好、热处理工艺简单等优点,广泛应用于航空航天领域,如火箭发动机壳体、导弹壳体、飞机起落架等。激光快速成形技术作为一种新兴加工技术,近些年来发展迅速,可以实现高性能复杂结构部件的直接成形,而无需过多的后续机械加工。该技术应用于T250马氏体时效钢,有望为固体火箭发动机壳体的制造在成形方法上提供一条新的技术途径。本文探究了不同工艺参数,包括光斑直径、激光功率、扫描速度、送粉率、搭接率及Z轴单层增量等参数对T250钢激光成形特性的影响规律。通过参数优化,确定了T250钢激光快速成形工艺参数组合,制备出无明显缺陷、内部组织致密的沉积态试样,对沉积态组织进行了观察分析。进一步探究了热处理制度对T250钢激光快速成形试样组织和力学性能的影响,确定出T250钢激光快速成形件优化后的热处理制度。T250马氏体时效钢可以通过激光快速成形方式成形出组织性能良好的沉积件。利用单因素试验探究主要工艺参数对成形特性的影响规律,通过正交试验和极差分析,得出熔覆单道优化后的工艺参数组合,进一步调整搭接率、Z轴单层增量等参数,最终得到成形试样块的最佳工艺参数组合:激光功率1500W,光斑直径4.5mm,扫描速度7.0mm/s,送粉率3.5r/min,搭接率35%~40%,Z轴单层增量1.0mm~1.1mm。沉积态组织主要由具有一定生长方向的胞晶和树枝晶组成,其微观偏析较为严重,通过1050℃高温固溶有效改善了晶间偏析,结合变温循环相变工艺细化了高温均匀化引起的粗大晶粒,确定了合适的固溶工艺,进一步对不同时效温度进行探究,确定了合适的时效工艺,最终得到优化后的热处理工艺方案。热处理后,材料的组织为细小的板条马氏体基体,少量的逆转奥氏体以及基体中细小弥散的强化相,其试样拉伸强度达到1875MPa,断后延伸率为5.84%,冲击韧性值为36J。基体连接处组织与焊接组织类似,可以分为熔合区、过热区、深色浸蚀区、基体等部分,热处理后,转变为无差别的均匀细小的马氏体组织,其力学性能略有降低,但强度仍保持在1800MPa左右。
【关键词】：激光快速成形 T250马氏体时效钢 热处理 微观组织 力学性能
【学位授予单位】：航天动力技术研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V261.8;TG142.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-25
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 T250无钴马氏体时效钢11-18
• 1.2.1 无钴马氏体时效钢的发展概况11-13
• 1.2.2 无钴马氏体时效钢中合金元素的作用13-15
• 1.2.3 无钴马氏体时效钢强韧化机理15-16
• 1.2.4 无钴马氏体时效钢的主要热处理工艺16-18
• 1.3 激光快速成形技术18-25
• 1.3.1 激光快速成形技术原理及特点18-19
• 1.3.2 激光快速成形技术的发展及应用现状19-24
• 1.3.3 激光快速成形技术发展趋势24-25
• 2 T250钢激光快速成形材料组织及性能的试验分析25-33
• 2.1 实验研究内容25
• 2.2 实验方案设计25-26
• 2.3 实验系统26-28
• 2.4 实验材料准备28-29
• 2.5 组织观察和性能测试29-31
• 2.5.1 光学金相29
• 2.5.2 扫描及能谱分析29
• 2.5.3 硬度测试29
• 2.5.4 室温拉伸试验29-30
• 2.5.5 冲击试验30-31
• 2.6 本章小结31-33
• 3 T250钢激光快速成形工艺特性分析33-51
• 3.1 工艺参数对基本成形特性的影响33-39
• 3.1.1 光斑尺寸对成形特性的影响33-34
• 3.1.2 激光功率对成形特性的影响34-35
• 3.1.3 扫描速度对成形特性的影响35-37
• 3.1.4 送粉率对成形特性的影响37-38
• 3.1.5 保护气体流量对成形特性的影响38-39
• 3.2 激光快速成形参数的选择39-47
• 3.2.1 单道工艺参数的确定40-43
• 3.2.2 搭接率对成形表面及微观组织的影响43-44
• 3.2.3 Z轴单层增量ΔZ的影响44-46
• 3.2.4 成形工艺参数的确定46-47
• 3.3 沉积态试样组织特征47-49
• 3.4 本章小结49-51
• 4 热处理对激光快速成形T250钢组织和性能的影响51-73
• 4.1 固溶处理对T250钢激光成形件组织和性能的影响51-61
• 4.1.1 循环固溶制度的确定51-53
• 4.1.2 固溶处理对组织的影响53-56
• 4.1.3 固溶处理对力学性能的影响56-61
• 4.2 时效处理对T250钢激光成形试件力学性能的影响61-65
• 4.2.1 时效处理方案的确定61-62
• 4.2.2 时效处理对力学性能的影响62-65
• 4.3 与基体连接处的组织与性能65-67
• 4.4 成形中存在的缺陷67-72
• 4.4.1 氧化夹渣67-69
• 4.4.2 熔合不良69-70
• 4.4.3 裂纹70-72
• 4.5 本章小结72-73
• 5 总结与展望73-75
• 5.1 全文总结73-74
• 5.2 展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-82
• 攻读学位期间取得的研究成果82

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