钨基高比重合金激光立体成形技术探究
发布时间：2019-11-10 19:16
【摘要】：钨基高比重合金是钨合金材料的一个重要组成部分,是国防和核工业中的重要原料以及战略资源。目前主要采用粉末冶金烧结的方法制备,受制于烧结设备尺寸和烧结温度限制,在制备高性能、大尺寸钨合金零件方面还存在一些难于克服的困难,限制其在我国高端核工业领域的应用。而基于增材制造原理的激光立体成形技术为钨基高比重合金零件的制备和成形提供了一条新的途径,若能将该技术运用到钨基高比重合金的制备,将具有重要的现实意义。本文开展了钨基高比重合金激光立体成形的一系列前期技术研究,包括W60合金和W93Ni4.5Fe1.5合金的单层单道熔覆比较、W-Ni合金的单道多层堆积成形及分析、W-Ni-Fe合金激光立体成形的初步研究以及W-Ni-Fe和Ni25粉末曲面件成形；并利用有限元分析方法研究了合金三维成形过程中温度场的变化,利用数值模拟分析了钨含量和孔洞率对合金性能的影响,初步获得高比重钨合金激光立体成形合金件工艺,实现了W-Ni-Fe合金的成形,并考察了成形后试样组织和性能之间的内在联系,为后续更加深入的研究奠定了基础。取得的主要研究结果如下：1.无论是W60合金还是W93Ni4.5Fe1.5合金的单道激光熔覆,较佳的工艺参数为：激光功率1400W,激光束斑直径约2mm、扫描速率约2mm/s; W90Ni10的多道多层立体成形试样成形性良好,试样表面无缺陷、颜色光亮,呈灰白色,断裂强度更是达到882MPa。2.利用数值模拟研究理论三维堆积过程温度场变化,明确了熔覆过程中温度分布以及高温度梯度的存在区域,熔覆过程中熔覆层存在热量积累现象,且熔覆层和基材的交界处存在很大的热梯度；计算分析了钨含量(40%、50%、60%、70%、80%和90%)对成形合金试样力学性能的影响,发现随着钨含量的增加,合金的屈服强度逐渐增加,弹性模量增加,但延伸率反而下降。通过这些研究,掌握了一定的成形影响规律,为后期钨合金激光立体成形奠定基础。3.立体成形工艺参数：激光功率1400W,送粉速率0.2转每分,扫描速度5 mm/s,束斑直径2mm,激光高度15mm,保护气压0.04MPa,搭接率40%。在大气环境下制备多种配比的W-Ni-Fe高比重合金力学拉伸试验件,通过测试抗拉强度、硬度,结合组织结构和成份配比分析,发现其成形性及力学性能与传统的粉末冶金烧结工艺之间还存在着一定的差距,抗拉强度在W60时达到最大值717.5MPa,随着W原子百分比的增大强度反而减小,当W原子比百分比在80%以上时,强度低于400MPa。分析发现样品存在孔洞和氧化现象,大量W未熔化；当Ni、Fe元素越多,微观组织均匀性越好、成分偏析越小。计算分析了孔洞率(0.5%、1%、1.5%和2%)对成形合金试样力学性能的影响,发现钨颗粒承载了最主要的加载力,孔洞周边存在很多应力分布区,正是在这些区域加载时承受了最大的加载力,率先产生了断裂。而随着孔隙率的增加,基体相的最大应力保持不变,只是应力分布发生改变,出现的区域变多。4.利用机器人手臂的三轴移动配合工作转台的自转和X-Z平面的直角转动,预先设置好坐标轨迹参数,利用Ni25粉末激光立体成形各种曲面件,其成形效果都较好,外在构型连续统一,看不出明显缺陷。激光显微镜观察发现组织致密,无明显的裂纹和孔隙；在此基础上开展钨基高比重合金曲面件的激光立体成形,通过多轮次实验优化工艺,最终获得W60曲面件,且成形效果良好。
【图文】：
中国的鹤基合金发展了近６０年，，从无到有慢慢积累壮大，现在己经有了一逡逑定的产业化规模。而随着近几年科技水平的不断提高，国内鹤基合金事业也得逡逑到了飞速如图１．１、图１心８－９１逡逑６逡逑ｉ．ｆｉｓ粉末；６金逡逑／邋Ｉ邋＼邋ｌ．Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ逦４＾逦３．哲电扭８＊逦＼邋２．巧末注射巧彩逡逑Ｉ邋２．Ｗ－．Ｎｉ－Ｃｕ逦fi逦－Ｌ邋＾１逦＼邋３．Ｃ１Ｐ．ＨＩＰ邋技术逡逑／邋３．Ｗ－ＣＵ逦２＂＾—５．其化巧材１９巧Ｉ逦Ｉ邋４．巧末巧压巧巧逡逑２Ｗ＾逦／邋４．其也巧N灠纸疱危皱宕危叮茫鼻慑危苠危澹担伪淇酃ぜ际蹂义蠅厘螊摲ㄥ义希ǎ幔∏汕捎酉靛危。保荩徊泛戾危眨涣狈抗ぃ徘墒蹂义贤迹保敝泄谆辖鸩闹侍逑怠⑵分趾椭票腹ひ毡壤疽馔迹族义希卞义
本文编号：2558998
【图文】：
中国的鹤基合金发展了近６０年，，从无到有慢慢积累壮大，现在己经有了一逡逑定的产业化规模。而随着近几年科技水平的不断提高，国内鹤基合金事业也得逡逑到了飞速如图１．１、图１心８－９１逡逑６逡逑ｉ．ｆｉｓ粉末；６金逡逑／邋Ｉ邋＼邋ｌ．Ｗ－Ｎｉ－Ｆｅ逦４＾逦３．哲电扭８＊逦＼邋２．巧末注射巧彩逡逑Ｉ邋２．Ｗ－．Ｎｉ－Ｃｕ逦fi逦－Ｌ邋＾１逦＼邋３．Ｃ１Ｐ．ＨＩＰ邋技术逡逑／邋３．Ｗ－ＣＵ逦２＂＾—５．其化巧材１９巧Ｉ逦Ｉ邋４．巧末巧压巧巧逡逑２Ｗ＾逦／邋４．其也巧N灠纸疱危皱宕危叮茫鼻慑危苠危澹担伪淇酃ぜ际蹂义蠅厘螊摲ㄥ义希ǎ幔∏汕捎酉靛危。保荩徊泛戾危眨涣狈抗ぃ徘墒蹂义贤迹保敝泄谆辖鸩闹侍逑怠⑵分趾椭票腹ひ毡壤疽馔迹族义希卞义
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