镍合金零件激光熔覆成形工艺研究

发布时间：2017-04-20 21:40

  本文关键词：镍合金零件激光熔覆成形工艺研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：激光熔覆成形技术具有成形速度快,材料适用范围广,制造柔性高等优点,能够制造出在传统加工方式下难以加工的零件。但是,由于熔覆成形过程涉及多个工艺参数的相互耦合,同时金属粉末快速熔化、凝固以及熔池内存在高温高热、对流传质等现象,使得成形质量很难控制。因此,研究工艺参数对成形精度、成形组织及其性能的影响规律对于提高成形质量具有重要意义。本文讨论了目前激光熔覆成形精度控制、成形质量控制和多孔零件成形的研究现状及发展趋势,建立了单道熔覆层形貌预测模型、多道搭接熔覆搭接率预测与修正模型以及三维实体成形过程中Z轴单层抬升量预估计模型,通过实验研究了工艺参数对熔覆层宏观形貌、熔覆层组织形态、力学性能等方面的影响规律。主要包括以下内容:首先,基于熔池能量输入与熔覆层宽度的关系建立了熔覆层形貌预测的数学模型,确立了工艺参数与熔覆层形貌的函数关系,能够直观地反映工艺参数对熔覆层形貌的影响,可以用于优化工艺参数获得所需要的熔覆层形貌。对于精度要求更高的场合,建立了基于ANSYS瞬态温度场的几何形貌数值模拟。然后,分析了工艺参数对多道搭接熔覆层高度均匀性的影响,确定了工艺参数与多道搭接率的匹配关系,建立了搭接率预测与修正模型,提高了熔覆层表面平整性能。在单道熔覆和多道搭接基础上进行多层堆积熔覆成形实验,建立了Z轴单层抬升量预估计模型,可确保成形件的宏观尺寸精度。同时,通过扫描路径控制法,进行多孔件激光熔覆成形实验,研究了不同偏移距对孔隙度和通孔率的影响规律,研究结果为多孔件的制备提供了实验依据。最后,对熔覆层金相组织进行观察,测量了熔覆层不同位置处的显微硬度,同时还进行了多孔镍合金压缩性能实验。研究表明:激光熔覆成形过程中的温度梯度(G)和熔池凝固速率(R)的比值(G/R)决定着熔覆层组织形态和显微硬度,G/R值越小,熔覆组织越细密,硬度越大,G/R值越大,熔覆组织越粗大,硬度越小;建立了孔隙度与压缩弹性模量之间联系,通过调节孔隙度可以获得期望的压缩弹性模量。
【关键词】：激光熔覆成形 形貌预测 成形精度 组织形态 显微硬度 压缩性能
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 研究背景与课题来源9-10
• 1.2 激光熔覆成形技术研究现状10-17
• 1.2.1 激光熔覆成形技术机理及特点10-12
• 1.2.2 激光熔覆成形技术应用现状12-14
• 1.2.3 激光熔覆成形技术的影响因素14-15
• 1.2.4 激光熔覆成形精度控制研究现状15-16
• 1.2.5 激光熔覆成形组织及性能研究现状16-17
• 1.3 多孔零件激光熔覆成形研究现状17-19
• 1.4 论文主要内容与总体结构19-21
• 1.4.1 论文的主要内容19-20
• 1.4.2 论文的总体结构20-21
• 第二章 Ni60合金单道熔覆工艺实验与几何形貌预测21-42
• 2.1 引言21
• 2.2 工艺参数对单道熔覆层形貌变化规律的研究21-27
• 2.2.1 实验设备21-22
• 2.2.2 实验材料22-23
• 2.2.3 实验参数及其结果23-24
• 2.2.4 实验结果讨论分析24-27
• 2.3 基于激光能量输入的熔覆层几何形貌预测27-34
• 2.3.1 形貌预测中的若干问题及解决方法27-31
• 2.3.2 几何形貌数学预测模型31-33
• 2.3.3 理论预测与实验结果对比分析33-34
• 2.4 基于ANSYS瞬态温度场的几何形貌数值模拟34-41
• 2.4.1 基本假设35
• 2.4.2 数学模型35-36
• 2.4.3 材料参数及边界条件确定36-37
• 2.4.4 模型的建立、求解及结果分析37-41
• 2.5 本章小结41-42
• 第三章 致密与多孔零件激光熔覆成形实验研究42-61
• 3.1 引言42
• 3.2 单层多道搭接熔覆工艺研究42-53
• 3.2.1 搭接率的定义42-43
• 3.2.2 搭接率优选判据43-45
• 3.2.3 工艺参数对熔覆层高度均匀性的影响分析45-53
• 3.3 多层堆积熔覆成形实验研究53-56
• 3.3.1 Z轴单层抬升量的确定53-54
• 3.3.2 实验验证54-56
• 3.4 多孔镍合金的制备研究56-60
• 3.4.1 多孔成形原理57
• 3.4.2 孔隙度、通孔率测量57-58
• 3.4.3 实验结果及其分析58-60
• 3.5 本章小结60-61
• 第四章 激光熔覆成形微观组织及力学性能分析61-74
• 4.1 引言61
• 4.2 性能检测方法61-63
• 4.2.1 熔覆组织检测61
• 4.2.2 显微硬度检测61-62
• 4.2.3 压缩实验62-63
• 4.3 工艺参数对熔覆层组织与显微硬度的影响63-70
• 4.3.1 工艺参数对熔覆层组织的影响63-68
• 4.3.2 工艺参数对熔覆层显微硬度的影响68-70
• 4.4 多孔镍合金压缩性能实验70-72
• 4.5 本章小结72-74
• 第五章 总结与展望74-76
• 5.1 总结与创新点74-75
• 5.1.1 本文总结74-75
• 5.1.2 创新点75
• 5.2 研究展望75-76
• 参考文献76-81
• 致谢81-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文与获得的荣誉82-84

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