选区激光熔化成形TiN/Inconel 718复合材料组织及力学性能研究
发布时间：2021-11-21 21:17
Inconel 718合金是一种时效强化的镍基高温合金,在航空航天、核能化工等领域具有重要的用途。随着现代工业的飞速发展,对Inconel 718合金零件的结构复杂度、尺寸精度以及力学性能的进一步提升提出了更高的要求。选区激光熔化技术（Selective Laser Melting,SLM）能够克服传统制造方法中的几何限制、精度不足等问题,近年来受到业界重视。然而,SLM技术也存在一些不足,目前仅局限于少数几种金属粉末的成形,并且成形件存在孔隙率高、致密度低以及裂纹等缺陷。因此,开展SLM成形Inconel 718复合材料组织性能的研究,具有重要的理论和实际意义。本文采用优化的SLM工艺成功制备了纯Inconel 718合金和TiN/Inconel 718复合材料试样,主要研究了TiN颗粒加入及热处理工艺对试样微观组织和力学性能的影响规律。研究结果表明:激光工艺参数对试样的成形质量和显微组织具有显著的影响,试样致密度ρ随着激光能量密度E的增大呈先增后减的趋势,两者之间的关系式为:=-2.65072×10-42+9.447×10-2<...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
选区激光熔化（SLM）设备原理图
第1章绪论5精度不足等问题，而镍基高温合金因其良好的高温强度和蠕变强度而被广泛应用于航空航天领域[58]。因此，SLM技术成形镍基高温合金的研究受到了国内外学者的广泛关注。本节从SLM技术制备镍基高温合金的成形工艺、组织性能以及后续热处理对SLM成形零件的影响等方面进行介绍。1.3.1SLM技术制备镍基高温合金成形工艺研究SLM技术作为一种新型制造技术，探索合适的工艺参数对于SLM成形金属零件至关重要。目前，有许多关于成形工艺方面的研究，包括成形粉末特性研究、激光工艺参数研究。其中，研究较多的成形材料主要有Inconel718、Inconel738LC、Inconel625和Invar36等。兰州理工大学的尹燕等人[59]研究了不同颗粒分布段的粉末对SLM成形过程中铺粉效果和成形效果的影响。结果表明：粉末粒度过小会造成粉末团聚，铺粉过程中出现波浪纹；粒度过大会增加粉末颗粒与颗粒之间的孔隙，在快速熔化与冷却的过程中熔体不能充分的填充孔隙，易造成孔洞；而粒度介于15~53μm之间且平均粒径约为32μm左右的粉末颗粒可以提高成形件的成形质量；另外，打印过程中的激光照射角度不同、铺粉不均以及散热条件的变化导致“微熔池”表面张力改变，从而导致熔化道的形状、长度、宽度大小不一致。在电子扫描显微镜（SEM）下观察成形试样的组织，可知SLM成形试样的组织呈胞状晶形态，如图1.2所示。图1.2GH4169成型件胞状晶组织形貌图Fig.1.2CellularCrystalMicrostructuresofGH4169alloypowderfabricatedbySLM新加坡南洋理工大学的Nguyen等人[60]采用不同的铺粉层厚度（20、30、40和50μm）分别制备了Inconel718合金试样。结果表明：铺粉层厚度越小，SLM成形试样的尺寸精度越好，试样的致密度越大。且采用较小的铺粉层厚度成形的试样
，研究了连续波（CW）激光模式和准连续波（QCW）激光模式对镍基高温合金成形过程中Nb元素偏析和Laves相形成的影响。如图1.3所示，其研究表明：采用CW激光模式成形的Inconel718合金倾向于形成柱状枝晶、较为严重的Nb元素偏析和连续分布的长链形Laves相。而采用QCW激光模式制备Inconel718合金可减少成形试样组织中的Nb元素偏析和Laves相，这是由于在QCW激光模式下较快的熔池冷却速度、枝晶生长速度以及良好的溶质俘获能力等促进了细小等轴枝晶的形成，从而减少了Nb元素偏析并形成细小离散的Laves相颗粒。图1.3CW样品和QCW样品的Laves相颗粒形态和Nb元素分布Fig.1.3ThemorphologiesofLavesphaseparticlesandNbelementdistributions德国联邦材料研究与检测中心的NareshNadammal等人[63]采用SLM技术制备了不同分区长度（L）的Inconel718合金试样，其扫描策略如图1.4所示。对其显微组织、晶体织构和残余应力进行了表征，研究了L对SLM成形合金试样的影响。结果表明：L扩大10倍会导致合金试样强度降低50%。这是由于L的变化伴
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of scanning strategy on grain structure and crystallographic texture of Inconel 718 processed by selective laser melting[J]. H.Y.Wan,Z.J.Zhou,C.P.Li,G.F.Chen,G.P.Zhang. Journal of Materials Science & Technology. 2018(10)
[2]激光选区熔化成形高温镍基合金研究进展[J]. 王迪,钱泽宇,窦文豪,杨永强,李晟,白玉超,肖泽锋. 航空制造技术. 2018(10)
[3]锡青铜激光选区熔化工艺及其性能[J]. 白玉超,杨永强,王迪,肖然,刘洋. 稀有金属材料与工程. 2018(03)
[4]选区激光熔化钴铬烤瓷合金的研究进展[J]. 鄢祥,林红. 中华口腔医学杂志. 2018 (02)
[5]选区激光熔化及热处理工艺对钴铬合金力学性能的影响[J]. 许建波,张庆茂,姚锡禹,郭亮,马文有. 强激光与粒子束. 2017(11)
[6]选区激光熔化GH4169粉体特性及成型件组织结构的研究[J]. 尹燕,刘鹏宇,路超,蔡伟军,肖梦智,张瑞华,屈岳波. 热喷涂技术. 2017(03)
[7]激光选区熔化成形模具钢的发展现状及前景[J]. 文世峰,季宪泰,周燕,魏青松. 激光与光电子学进展. 2018(01)
[8]K640高温合金选区激光熔化成形工艺及性能研究[J]. 杨恬恬,闫岸如,王燕灵,马志红,杜云,王智勇. 应用激光. 2016(01)
[9]高温合金材料特性及加工技术进展[J]. 吴明阳,王博,程耀楠,赵旭,高永斌. 哈尔滨理工大学学报. 2015(06)
[10]高沉积率激光金属沉积Inconel 718的孔隙率控制[J]. 仲崇亮,付金宝,丁亚林,Andres Gasser. 光学精密工程. 2015(11)
博士论文
[1]AlCu5MnCdVA铝合金的激光选区熔化成形熔凝行为研究[D]. 胡志恒.华中科技大学 2018
[2]激光选区熔化成形镍基高温合金的组织与性能演变基础研究[D]. 李帅.华中科技大学 2017
[3]金属粉末选择性激光熔化成形的关键基础问题研究[D]. 李瑞迪.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]Cu基复合材料选区激光熔化数值模拟及实验研究[D]. 戴冬华.南京航空航天大学 2014
本文编号：3510263
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
选区激光熔化（SLM）设备原理图
第1章绪论5精度不足等问题，而镍基高温合金因其良好的高温强度和蠕变强度而被广泛应用于航空航天领域[58]。因此，SLM技术成形镍基高温合金的研究受到了国内外学者的广泛关注。本节从SLM技术制备镍基高温合金的成形工艺、组织性能以及后续热处理对SLM成形零件的影响等方面进行介绍。1.3.1SLM技术制备镍基高温合金成形工艺研究SLM技术作为一种新型制造技术，探索合适的工艺参数对于SLM成形金属零件至关重要。目前，有许多关于成形工艺方面的研究，包括成形粉末特性研究、激光工艺参数研究。其中，研究较多的成形材料主要有Inconel718、Inconel738LC、Inconel625和Invar36等。兰州理工大学的尹燕等人[59]研究了不同颗粒分布段的粉末对SLM成形过程中铺粉效果和成形效果的影响。结果表明：粉末粒度过小会造成粉末团聚，铺粉过程中出现波浪纹；粒度过大会增加粉末颗粒与颗粒之间的孔隙，在快速熔化与冷却的过程中熔体不能充分的填充孔隙，易造成孔洞；而粒度介于15~53μm之间且平均粒径约为32μm左右的粉末颗粒可以提高成形件的成形质量；另外，打印过程中的激光照射角度不同、铺粉不均以及散热条件的变化导致“微熔池”表面张力改变，从而导致熔化道的形状、长度、宽度大小不一致。在电子扫描显微镜（SEM）下观察成形试样的组织，可知SLM成形试样的组织呈胞状晶形态，如图1.2所示。图1.2GH4169成型件胞状晶组织形貌图Fig.1.2CellularCrystalMicrostructuresofGH4169alloypowderfabricatedbySLM新加坡南洋理工大学的Nguyen等人[60]采用不同的铺粉层厚度（20、30、40和50μm）分别制备了Inconel718合金试样。结果表明：铺粉层厚度越小，SLM成形试样的尺寸精度越好，试样的致密度越大。且采用较小的铺粉层厚度成形的试样
，研究了连续波（CW）激光模式和准连续波（QCW）激光模式对镍基高温合金成形过程中Nb元素偏析和Laves相形成的影响。如图1.3所示，其研究表明：采用CW激光模式成形的Inconel718合金倾向于形成柱状枝晶、较为严重的Nb元素偏析和连续分布的长链形Laves相。而采用QCW激光模式制备Inconel718合金可减少成形试样组织中的Nb元素偏析和Laves相，这是由于在QCW激光模式下较快的熔池冷却速度、枝晶生长速度以及良好的溶质俘获能力等促进了细小等轴枝晶的形成，从而减少了Nb元素偏析并形成细小离散的Laves相颗粒。图1.3CW样品和QCW样品的Laves相颗粒形态和Nb元素分布Fig.1.3ThemorphologiesofLavesphaseparticlesandNbelementdistributions德国联邦材料研究与检测中心的NareshNadammal等人[63]采用SLM技术制备了不同分区长度（L）的Inconel718合金试样，其扫描策略如图1.4所示。对其显微组织、晶体织构和残余应力进行了表征，研究了L对SLM成形合金试样的影响。结果表明：L扩大10倍会导致合金试样强度降低50%。这是由于L的变化伴
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of scanning strategy on grain structure and crystallographic texture of Inconel 718 processed by selective laser melting[J]. H.Y.Wan,Z.J.Zhou,C.P.Li,G.F.Chen,G.P.Zhang. Journal of Materials Science & Technology. 2018(10)
[2]激光选区熔化成形高温镍基合金研究进展[J]. 王迪,钱泽宇,窦文豪,杨永强,李晟,白玉超,肖泽锋. 航空制造技术. 2018(10)
[3]锡青铜激光选区熔化工艺及其性能[J]. 白玉超,杨永强,王迪,肖然,刘洋. 稀有金属材料与工程. 2018(03)
[4]选区激光熔化钴铬烤瓷合金的研究进展[J]. 鄢祥,林红. 中华口腔医学杂志. 2018 (02)
[5]选区激光熔化及热处理工艺对钴铬合金力学性能的影响[J]. 许建波,张庆茂,姚锡禹,郭亮,马文有. 强激光与粒子束. 2017(11)
[6]选区激光熔化GH4169粉体特性及成型件组织结构的研究[J]. 尹燕,刘鹏宇,路超,蔡伟军,肖梦智,张瑞华,屈岳波. 热喷涂技术. 2017(03)
[7]激光选区熔化成形模具钢的发展现状及前景[J]. 文世峰,季宪泰,周燕,魏青松. 激光与光电子学进展. 2018(01)
[8]K640高温合金选区激光熔化成形工艺及性能研究[J]. 杨恬恬,闫岸如,王燕灵,马志红,杜云,王智勇. 应用激光. 2016(01)
[9]高温合金材料特性及加工技术进展[J]. 吴明阳,王博,程耀楠,赵旭,高永斌. 哈尔滨理工大学学报. 2015(06)
[10]高沉积率激光金属沉积Inconel 718的孔隙率控制[J]. 仲崇亮,付金宝,丁亚林,Andres Gasser. 光学精密工程. 2015(11)
博士论文
[1]AlCu5MnCdVA铝合金的激光选区熔化成形熔凝行为研究[D]. 胡志恒.华中科技大学 2018
[2]激光选区熔化成形镍基高温合金的组织与性能演变基础研究[D]. 李帅.华中科技大学 2017
[3]金属粉末选择性激光熔化成形的关键基础问题研究[D]. 李瑞迪.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]Cu基复合材料选区激光熔化数值模拟及实验研究[D]. 戴冬华.南京航空航天大学 2014
本文编号：3510263
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