选区激光熔化制备多孔不锈钢材料工艺与特性研究

发布时间：2017-06-04 19:23

  本文关键词：选区激光熔化制备多孔不锈钢材料工艺与特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：选区激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)是一种新兴的3D打印技术(3DPrinting)，其生产周期短，材料利用率高，可用于金属构件的直接成型。SLM近年来发展很快，利用其制备致密构件已日趋成熟，但制备多孔构件还处于研究的初期阶段，尤其是制备可控的网格状多孔构件，现在仍然存在许多问题和不足。因此，为了克服这些困难，，进行了选区激光熔化制备多孔不锈钢材料工艺与特性研究，主要是优化其工艺参数，并对其抗压性能和组织特征进行细致分析。 单道扫描实验研究表明，综合考虑单道单层扫描线外貌形状和扫描线高度、宽度，最终确定出优化的实验参数范围。金属粉末厚度过厚，激光不能完全穿透不锈钢粉末，温度分布发生极大变化，引起沿扫描方向上的球化；脉宽变大，激光束能量变大，最终导致出现球化；脉冲频率越大，激光束的能量就越大，就出现球化最终影响成型质量。 块体成型实验研究表明，随着扫描间距的变大，块体表面质量先变得光滑且致密，之后又会变得疏松，表面也不再光滑。当扫描间距为0.16时，成型块体的形状最为规则且连续。扫描间距为0.16mm时，块体最为致密，致密度为85%，扫描间距为0.25mm时，块体致密度最差，为75%。扫描间距对致密度有着较大的影响，这主要因为扫描间距过大导致单道扫描线的搭接率降低，进而成型块体时，出现了不连续现象。 通过抗压性能和显微组织分析，得出SLM制备双道多层网格状多孔316L不锈钢的优化工艺参数，并成功制备出网格状多孔不锈钢材料。随着扫描层数的增加，多道多层网格状316L不锈钢材料的骨架无论是侧面还是正面成型质量都越来越差，最终实验扫描层数达到70层时，实验基本不能再继续进行。当网格状多孔材料的网格面受压时，首先断裂的地方是节点处，且断裂方向沿方孔的孔隙方向，尤其是靠近骨架边缘的节点，更易发生沿方孔方向上的断裂。
【关键词】：选区激光熔化 316L不锈钢 网格状多孔材料 抗压性能 组织分析
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG665;TG142.71
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 选区激光熔化技术简介10-15
• 1.1.1 SLM 原理10-11
• 1.1.2 SLM 熔化机理11-12
• 1.1.3 SLM 的优势与缺陷12-15
• 1.1.4 SLM 发展前景及其应用15
• 1.2 多孔材料的发展与应用15-20
• 1.2.1 金属多孔材料应用16-18
• 1.2.2 SLM 加工金属多孔材料的发展18-20
• 1.3 课题研究主要内容及意义20-22
• 2 SLM 单道扫描实验研究22-35
• 2.1 实验设备和材料22-24
• 2.1.1 实验设备22-23
• 2.1.2 实验材料23-24
• 2.1.3 实验参数设计24
• 2.2 单道单层扫描实验结果及分析24-33
• 2.2.1 粉末厚度对 SLM 单道扫描的影响25-27
• 2.2.2 扫描速度对 SLM 单道扫描的影响27-29
• 2.2.3 脉宽对 SLM 单道扫描的影响29-30
• 2.2.4 扫描电流对 SLM 单道扫描的影响30-32
• 2.2.5 脉冲频率对 SLM 单道扫描的影响32-33
• 2.3 本章小结33-35
• 3 SLM 块体成型实验研究35-41
• 3.1 实验方法35-37
• 3.1.1 块体成型的实验方法35-36
• 3.1.2 块体致密度的研究方法36
• 3.1.3 金相检测36-37
• 3.2 扫描间距对块体成型的影响37-40
• 3.2.1 块体成型及表面分析37-38
• 3.2.2 块体的致密度研究38-39
• 3.2.3 块体的金相研究39-40
• 3.3 本章小结40-41
• 4 网格状不锈钢材料的制备与研究41-65
• 4.1 制备网格状不锈钢材料42-50
• 4.1.1 实验设计42-44
• 4.1.2 各参数对网格状多孔材料成型质量的影响44-45
• 4.1.3 网格孔隙误差分析45-47
• 4.1.4 扫描层数对网格状多孔材料成型质量的影响47-50
• 4.2 网格状多孔不锈钢材料的抗压性能分析50-59
• 4.2.1 实验方法50
• 4.2.2 网格面抗压性能分析50-51
• 4.2.3 网格面应力应变曲线的形成机理51-52
• 4.2.4 网格面受压时骨架断裂原因分析52-54
• 4.2.5 骨架侧面抗压性能分析54-55
• 4.2.6 骨架侧面应力应变曲线形成机理55-56
• 4.2.7 骨架侧面受压时骨架断裂原因分析56-58
• 4.2.8 不同面受压时骨架断裂的区别58-59
• 4.3 压缩变形后的组织特征分析59-64
• 4.3.1 微观组织检测实验方法60
• 4.3.2 变形前后金相组织分析60-62
• 4.3.3 变形前后扫描电镜分析62-64
• 4.4 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-73
• 攻读硕士期间发表的论文73-74
• 致谢74-75

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