24CrNiMo合金钢选区激光熔化成形与后热处理研究
发布时间：2021-01-05 09:40
选区激光熔化技术（Selective laser melting,SLM）是现今最受关注并且发展最为迅速的激光增材制造技术,广泛应用于精密度高、结构复杂的个性化金属零部件的制备。目前,国内外对SLM直接成形工业上广泛使用的低合金钢零部件缺乏系统性研究,对其典型结构特征及热处理工艺的研究较少,尚未推广应用。本课题基于以上现状,重点研究了 SLM成形24CrNiMo合金钢的基础工艺、组织性能调控及后热处理工艺优化,主要得到以下结论:SLM成形24CrNiMo合金钢熔覆层主要分为两个区域:熔池区和热影响区,显微组织主要为回火马氏体和少量残余奥氏体。熔池区可观察到孪晶马氏体和大量θ-Fe3C;热影响区的马氏体板条明显宽化,且在板条间形成块状残余奥氏体。随着激光功率增大、扫描速度降低,熔池体积增大,热影响作用加剧,熔池区和热影响区的显微硬度同步降低;同时,成形合金钢的致密度增加,当激光功率为320 W、扫描速度为750 mm/s时达到最高,为99.93%。当激光功率为320 W、扫描速度为950 mm/s时,成形合金钢的性能最佳,其屈服强度和抗拉强度分别为1252 MPa和1362 MPa,延伸...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＳＬＭ设备与成形原理示意图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＬＭ??
状晶，柱状晶的生长方向与散热方向一致，而散热方向主??要由扫描参数所决定。随着激光输入能量增加，显微组织明显粗化，热影响作用??加剧，导致熔池边界析出的Ｔｉ３Ａｌ也增多。??扫描参数决定了?ＳＬＭ成形过程中熔池的温度，冷却速度，散热方向，从而??直接影响熔池内晶粒的尺寸和生长方式，以及整个熔覆层的结构。因此，许多学??者对不同扫描参数下熔池的热影响过程进行模拟，借此研宄凝固后形成显微组织??的演化。ＤｅｂＲｏｙ［３７］等模拟了三种不同扫描速度下熔池纵向平面中柱状晶的生长??方向（如图１．２所示）。图１．２?（ａ）模拟了在极快的扫描速度下的柱状晶生长方??向，熔池底部的形状几乎平行于扫描方向，且熔池的深度较浅，而热量主要沿着??垂直于熔池边界的方向快速散失，所以柱状晶沿着垂直熔池底部的方向向上生长，??形成垂直于扫描方向整齐排列的柱状晶形貌。图１．２?（Ｃ）模拟了在较慢的扫描速??度下柱状晶的生长方向，可以看出，熔池的深度和熔池底部的曲率明显增加，温??度梯度的方向随着热源的移动而不断变化，柱状晶的生长方向也会随之发生局部??变化，所以会形成垂直于熔池后缘边界逐渐向扫描方向弯曲的柱状晶。区别于图??１．２?（ａ）和（ｃ）模拟的极端条件下的熔池纵向平面，图１．２?（ｂ）为ＳＬＭ技术下??熔池纵面的普遍形貌，熔池为较平直的浅沟状，末端曲率较小，所以柱状晶的生??长方向几乎垂直于扫描方向，但会向扫描方向略微倾斜。ＳＬＭ扫描参数的变化??会直接改变熔池的形状，使熔池的散热方式发生变化，从而影响柱状晶的生长形??态。??Ｓｃａｎｔｌｉｎｇ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??？??１?１??Ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??？?
?第１章绪?论???描方式［３８］。〇３１＾１＂［３９】等研宂了３１＾＾扫描策略制备对１１１＜：〇１＾１７１８晶体结构和织构??的影响。分别采用往复型和“小岛型”两种扫描策略制备了样品，往复型扫描即??在整个零件平面上进行往复扫描，而“小岛型”扫描如图１．３所示，将整个零件??平面划分为若干个边长为５?ｍｍ的正方形，分别在每个“岛”内进行往复扫描。??研宄发现往复型扫描得到了均匀且粗大的柱状晶组织，其织构与成形方向平行，??而“小岛型”扫描形成两种晶粒，沿成形方向生长的柱状晶和边界的细晶粒区，??晶粒的竞争性生长更为显著，晶粒明显细化。所以，可以通过扫描策略控制连续??层之间的热通量来改变晶粒的形貌和取向。??＾５ｍｍ?（Ｉｓｌａｎｄ?Ｓｉｚｅ）??．＿?ｉ：：乏腿講！套＝４?！删黑！??ｆｉＢｆｃｌｌｌＷ??ｒ９－?Ｉ?＜?＜?计ＷＩ?－－ｊ?ｉ??…）＊ｙ?－＊＊?■？＂?？〇＊??以圓?＿?；??图１．３岛状扫描策略示意图Ｍｌ??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?“ｉｓｌａｎｄ”?ｓｃａｎ?ｓｔｒａｔｅｇｙ１３９１??３）力学性能??精密复杂的零部件通常需要具备优异的力学性能，才能保证设备高效安全平??稳的运行。ＳＬＭ技术制备的零部件独特的层状结构与传统工艺制备的零部件的??组织结构有明显不同，所以需要对ＳＬＭ成形零部件的组织结构与力学性能的关??系进行深入研宄，并且针对不同材料优化激光工艺参数，使成形零部件具有更加??优异的性能。??Ｇｏｎｇ＾ｌ等通过改变ＳＬＭ成形过程中的扫描速度研究其对Ｔｉ６Ａ１４Ｖ构件孔??隙率及力学性能的影响。研宄发现扫描速
【参考文献】：
期刊论文
[1]Microstructural evolution and mechanical properties of 300M steel produced by low and high power selective laser melting[J]. Guanyi Jing,Wenpu Huang,Huihui Yang,Zemin Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2020(13)
[2]24CrNiMo合金钢的激光选区熔化成形工艺研究[J]. 袁梅彦,陈勇,王森,郑岩,范树迁. 工程与试验. 2019(02)
[3]24CrNiMo激光沉积技术在高铁动车组制动盘制造中的应用[J]. 耿靖贺,焦建强,朱平,丁成钢. 铁道机车与动车. 2018(12)
[4]不同碳含量碳钢淬火态马氏体精细结构[J]. 刘旋,陈雨琳,陆兴,赵新青,殷匠,平德海. 材料热处理学报. 2018(07)
[5]3D打印技术研究概况[J]. 陈志茹,夏承东,李龙,楚瑞坤,周德敬. 金属世界. 2018(04)
[6]基于冒口的250km/h高铁制动盘铸造工艺研究[J]. 李铷寅,宋崇智. 机械工程师. 2017(02)
[7]中国高速铁路几个重要零件的精锻成形[J]. 陶竑宇,付传锋. 兵器装备工程学报. 2016(06)
[8]高性能金属构件的激光增材制造[J]. 林鑫,黄卫东. 中国科学:信息科学. 2015(09)
[9]Understanding Solid–Solid（fcc→ω + bcc） Transition at Atomic Scale[J]. De-Hai Ping. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2015(06)
[10]金属材料在增材制造技术中的研究进展[J]. 胡捷,廖文俊,丁柳柳,胡阳. 材料导报. 2014(S2)
本文编号：2958441
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＳＬＭ设备与成形原理示意图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＬＭ??
状晶，柱状晶的生长方向与散热方向一致，而散热方向主??要由扫描参数所决定。随着激光输入能量增加，显微组织明显粗化，热影响作用??加剧，导致熔池边界析出的Ｔｉ３Ａｌ也增多。??扫描参数决定了?ＳＬＭ成形过程中熔池的温度，冷却速度，散热方向，从而??直接影响熔池内晶粒的尺寸和生长方式，以及整个熔覆层的结构。因此，许多学??者对不同扫描参数下熔池的热影响过程进行模拟，借此研宄凝固后形成显微组织??的演化。ＤｅｂＲｏｙ［３７］等模拟了三种不同扫描速度下熔池纵向平面中柱状晶的生长??方向（如图１．２所示）。图１．２?（ａ）模拟了在极快的扫描速度下的柱状晶生长方??向，熔池底部的形状几乎平行于扫描方向，且熔池的深度较浅，而热量主要沿着??垂直于熔池边界的方向快速散失，所以柱状晶沿着垂直熔池底部的方向向上生长，??形成垂直于扫描方向整齐排列的柱状晶形貌。图１．２?（Ｃ）模拟了在较慢的扫描速??度下柱状晶的生长方向，可以看出，熔池的深度和熔池底部的曲率明显增加，温??度梯度的方向随着热源的移动而不断变化，柱状晶的生长方向也会随之发生局部??变化，所以会形成垂直于熔池后缘边界逐渐向扫描方向弯曲的柱状晶。区别于图??１．２?（ａ）和（ｃ）模拟的极端条件下的熔池纵向平面，图１．２?（ｂ）为ＳＬＭ技术下??熔池纵面的普遍形貌，熔池为较平直的浅沟状，末端曲率较小，所以柱状晶的生??长方向几乎垂直于扫描方向，但会向扫描方向略微倾斜。ＳＬＭ扫描参数的变化??会直接改变熔池的形状，使熔池的散热方式发生变化，从而影响柱状晶的生长形??态。??Ｓｃａｎｔｌｉｎｇ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??？??１?１??Ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??？?
?第１章绪?论???描方式［３８］。〇３１＾１＂［３９】等研宂了３１＾＾扫描策略制备对１１１＜：〇１＾１７１８晶体结构和织构??的影响。分别采用往复型和“小岛型”两种扫描策略制备了样品，往复型扫描即??在整个零件平面上进行往复扫描，而“小岛型”扫描如图１．３所示，将整个零件??平面划分为若干个边长为５?ｍｍ的正方形，分别在每个“岛”内进行往复扫描。??研宄发现往复型扫描得到了均匀且粗大的柱状晶组织，其织构与成形方向平行，??而“小岛型”扫描形成两种晶粒，沿成形方向生长的柱状晶和边界的细晶粒区，??晶粒的竞争性生长更为显著，晶粒明显细化。所以，可以通过扫描策略控制连续??层之间的热通量来改变晶粒的形貌和取向。??＾５ｍｍ?（Ｉｓｌａｎｄ?Ｓｉｚｅ）??．＿?ｉ：：乏腿講！套＝４?！删黑！??ｆｉＢｆｃｌｌｌＷ??ｒ９－?Ｉ?＜?＜?计ＷＩ?－－ｊ?ｉ??…）＊ｙ?－＊＊?■？＂?？〇＊??以圓?＿?；??图１．３岛状扫描策略示意图Ｍｌ??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?“ｉｓｌａｎｄ”?ｓｃａｎ?ｓｔｒａｔｅｇｙ１３９１??３）力学性能??精密复杂的零部件通常需要具备优异的力学性能，才能保证设备高效安全平??稳的运行。ＳＬＭ技术制备的零部件独特的层状结构与传统工艺制备的零部件的??组织结构有明显不同，所以需要对ＳＬＭ成形零部件的组织结构与力学性能的关??系进行深入研宄，并且针对不同材料优化激光工艺参数，使成形零部件具有更加??优异的性能。??Ｇｏｎｇ＾ｌ等通过改变ＳＬＭ成形过程中的扫描速度研究其对Ｔｉ６Ａ１４Ｖ构件孔??隙率及力学性能的影响。研宄发现扫描速
【参考文献】：
期刊论文
[1]Microstructural evolution and mechanical properties of 300M steel produced by low and high power selective laser melting[J]. Guanyi Jing,Wenpu Huang,Huihui Yang,Zemin Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2020(13)
[2]24CrNiMo合金钢的激光选区熔化成形工艺研究[J]. 袁梅彦,陈勇,王森,郑岩,范树迁. 工程与试验. 2019(02)
[3]24CrNiMo激光沉积技术在高铁动车组制动盘制造中的应用[J]. 耿靖贺,焦建强,朱平,丁成钢. 铁道机车与动车. 2018(12)
[4]不同碳含量碳钢淬火态马氏体精细结构[J]. 刘旋,陈雨琳,陆兴,赵新青,殷匠,平德海. 材料热处理学报. 2018(07)
[5]3D打印技术研究概况[J]. 陈志茹,夏承东,李龙,楚瑞坤,周德敬. 金属世界. 2018(04)
[6]基于冒口的250km/h高铁制动盘铸造工艺研究[J]. 李铷寅,宋崇智. 机械工程师. 2017(02)
[7]中国高速铁路几个重要零件的精锻成形[J]. 陶竑宇,付传锋. 兵器装备工程学报. 2016(06)
[8]高性能金属构件的激光增材制造[J]. 林鑫,黄卫东. 中国科学:信息科学. 2015(09)
[9]Understanding Solid–Solid（fcc→ω + bcc） Transition at Atomic Scale[J]. De-Hai Ping. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2015(06)
[10]金属材料在增材制造技术中的研究进展[J]. 胡捷,廖文俊,丁柳柳,胡阳. 材料导报. 2014(S2)
本文编号：2958441
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