选区激光熔化成形Inconel 718合金组织结构与力学行为研究
发布时间：2021-08-30 03:31
选区激光熔化成形（Selective laser melting,SLM）技术因具有高度自由化设计、个性化定制、复杂形状零部件一体化成形以及研发市场化周期短等优势,近年来受到了航空航天、能源、生物医用、交通运输等领域的广泛关注。然而,欲实现SLM技术从研发真正走向市场化应用,仍然存在许多关键性的问题有待被解决。本论文以SLM技术制备的燃气轮机叶片用Inconel 718合金为研究对象,围绕SLM成形制备、后处理以及合金部件认证评价整个过程中涉及的若干共性科学问题开展了相关研究。本研究对于澄清SLM成形工艺-组织结构-力学性能间关系、探索合金力学性能优化策略以及建立合金部件力学性能认证评价标准具有重要理论意义和实际参考价值。论文获得如下主要结果:1.考察了两类扫描方式（同层往复扫描、相邻层旋转0°（SSX）和90°（SS XY））对SLM成形Inconel 718合金组织结构和室温力学性能的影响。发现在固定的激光束能量密度（74.2 J/mm3）下,通过将扫描方式由相邻层旋转0°变为90°,可使合金由弱的晶体学织构转变为强的立方织构,其原因在于扫描方式改变了胞状枝晶生长行为和竞争晶粒生长...
【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】：185 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．?２激光增材制造系统示意图Ｗ
?第１章绪论???图１．３激光增材制造技术在航空航天、能源、生物医用以及汽车领域的应用。??Ｆｉｇ．?１．?３?Ｔｈｅ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＬＡＭ?ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ａｅｒｏｓｐａｃｅ，?ｅｎｅｒｇｙ，?ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ?ａｎｄ??ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ?ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ?（ｈｔｔｐｓ：／／３ｄｐｒｉｎｔ．ｃｏｍ／１２７９０６／ｇｅ－ｓｍａｒｔ－ｆａｃｔｏｒｙ／，??ｈｔｔｐｓ：／／３ｄｐｒｉｎｔ．ｃｏｍ／１６４１２１／ｓｉｅｍｅｎｓ－ｇａｓ－ｔｕｒｂｉｎｅ－ｂｌａｄｅｓ／）．??技术制备的燃油喷嘴将会被装备在下一代ＬＥＡＰ发动机上［１２］。随后，２０１７年，??德国西门子（Ｓｉｅｍｅｎｓ）公司宣布其制备出的３Ｄ打印燃气轮机叶片成功通过了满??负荷测试，并将其装配在ＳＧＴ型工业燃气轮机上［１３］。２０１８年，Ｓｉｅｍｅｎｓ公司宣??布其利用ＳＬＭ技术制备的ＳＧＴ－７００燃气轮机燃烧器在意昂（Ｅ．０Ｎ）集团位于德??国的联合循环电厂中己安全运行长达一年时间（约８０００小时）［｜４］。以上应用表??明，在某些关键行业及领域，金属增材制造技术正从研发逐步走向市场化应用。??１．２?Ｉｎｃｏｎｅｌ?７１８合金组织结构及力学特性??Ｉｎｃｏｅｎｌ?７１８合金自１９６２年问世以来，因其优异的高温力学性能、良好的焊??接性能以及耐腐蚀和抗氧化性能，被广泛应用于燃气轮机、航空发动机以及其它??高温结构部件中［５，１５，１６］。１１＾〇１＾１７１８合金是一类典型的镍基高温合金，其名义化??学成分为：５１Ｎｉ－２２Ｆｅ－１９Ｃｒ－５Ｎｂ－３Ｍｏ－ｌＣｏ，具体的元素成分及规定含量见表１．２。??其名义弹性模
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【参考文献】：
期刊论文
[1]Data-driven evaluation of fatigue performance of additive manufactured parts using miniature specimens[J]. H.Y.Wan,G.F.Chen,C.P.Li,X.B.Qi,G.P.Zhang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(06)
[2]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)
[3]小尺度CA6NM马氏体不锈钢样品疲劳性能评价研究[J]. 马也飞,宋竹满,张思倩,陈立佳,张广平. 金属学报. 2018(10)
[4]材料3D打印技术的研究进展[J]. 黄卫东. 新型工业化. 2016(03)
[5]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)
[6]Geometrical Scale-Sensitive Fatigue Properties of Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si Alloys With α/β Lamellar Microstructures[J]. B.Zhang,Z.M.Song,L.M.Lei,L.Kang,G.P.Zhang. Journal of Materials Science & Technology. 2014(12)
[7]西安交通大学先进制造技术研究进展[J]. 卢秉恒. 中国工程科学. 2013(01)
[8]Tensile and Fatigue Properties of Free-Standing Cu Foils[J]. Caiyun Dai, Xiaofei Zhu and Guangping Zhang Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China. Journal of Materials Science & Technology. 2009(06)
[9]激光快速成形过程中316L不锈钢显微组织的演变[J]. 林鑫,杨海欧,陈静,黄卫东. 金属学报. 2006(04)
[10]金属材料快速凝固激光加工与成形[J]. 王华明,张凌云,李安,蔡良续,汤海波. 北京航空航天大学学报. 2004(10)
本文编号：3371972
【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】：185 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．?２激光增材制造系统示意图Ｗ
?第１章绪论???图１．３激光增材制造技术在航空航天、能源、生物医用以及汽车领域的应用。??Ｆｉｇ．?１．?３?Ｔｈｅ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＬＡＭ?ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ａｅｒｏｓｐａｃｅ，?ｅｎｅｒｇｙ，?ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ?ａｎｄ??ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ?ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ?（ｈｔｔｐｓ：／／３ｄｐｒｉｎｔ．ｃｏｍ／１２７９０６／ｇｅ－ｓｍａｒｔ－ｆａｃｔｏｒｙ／，??ｈｔｔｐｓ：／／３ｄｐｒｉｎｔ．ｃｏｍ／１６４１２１／ｓｉｅｍｅｎｓ－ｇａｓ－ｔｕｒｂｉｎｅ－ｂｌａｄｅｓ／）．??技术制备的燃油喷嘴将会被装备在下一代ＬＥＡＰ发动机上［１２］。随后，２０１７年，??德国西门子（Ｓｉｅｍｅｎｓ）公司宣布其制备出的３Ｄ打印燃气轮机叶片成功通过了满??负荷测试，并将其装配在ＳＧＴ型工业燃气轮机上［１３］。２０１８年，Ｓｉｅｍｅｎｓ公司宣??布其利用ＳＬＭ技术制备的ＳＧＴ－７００燃气轮机燃烧器在意昂（Ｅ．０Ｎ）集团位于德??国的联合循环电厂中己安全运行长达一年时间（约８０００小时）［｜４］。以上应用表??明，在某些关键行业及领域，金属增材制造技术正从研发逐步走向市场化应用。??１．２?Ｉｎｃｏｎｅｌ?７１８合金组织结构及力学特性??Ｉｎｃｏｅｎｌ?７１８合金自１９６２年问世以来，因其优异的高温力学性能、良好的焊??接性能以及耐腐蚀和抗氧化性能，被广泛应用于燃气轮机、航空发动机以及其它??高温结构部件中［５，１５，１６］。１１＾〇１＾１７１８合金是一类典型的镍基高温合金，其名义化??学成分为：５１Ｎｉ－２２Ｆｅ－１９Ｃｒ－５Ｎｂ－３Ｍｏ－ｌＣｏ，具体的元素成分及规定含量见表１．２。??其名义弹性模
??选区激光溶化技术（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ?Ｌａｓｅｒ?Ｍｅｌｔｉｎｇ，?ＳＬＭ）是利用高能量激光束，逐层逐??道快速熔化金属粉末，实现复杂形状零部件一体化成形的一类增材制造技术［２（）＿２３］。??与传统铸态和锻态合金相比，ＳＬＭ成形合金内部组织结构存在显著差异【２４］。由??于在ＳＬＭ成形过程中，高能量密度的激光束在极短时间和极小区域（熔池）内??与金属粉末颗粒发生交互作用，其所引起的高温度梯度和高冷却速率，使得ＳＬＭ??成形合金的微观结构显著细化，组织较为致密，且无宏观偏析，如图１．４所示。??Ｌａｓｅｒ?ｂｅａｍ?ｆ－?＾??？？？？？？？？??Ｐｏｗｄｅｒ?——?＇??；？？？？？?Ａ?＇??Ｍｅｌｔ?ｐｏｏ、?？??＾??Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ?ｌａｙｅｒ?．?Ｍｕｓｈ??Ｒｅ－ｍｅｌｔｅｄ?ｚｏｎｅ??Ｐｒｅｖｉｏｕｓ?．ａｙｅｒｓ?＿??二一二Ｈ；！？＇?么：．，?ｉ??图１．４激光与金属粉末交互作用示意图Ｗ。??Ｆｉｇ．?１．?４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｌａｓｅｒ?ｐｏｗｅｒ?ａｎｄ?ｐｏｗｄｅｒ＊４＊．??由于激光束能量呈高斯分布，因而在垂直于激光束扫描方向的截面上通常会??留下“鱼鱗状”的熔池形貌特征，如图１．５所示［２５］。华中科技大学史玉升教授团??队将ＳＬＭ产生的多层多道熔池界面总结为以下两种类型（见图１．５（ａ））：?—种是??沿着打印方向（Ｚ轴），层与层的熔池之间相互搭接形成的冶金学界面，称为层－??层（Ｌａｙｅｒ－ｂｙ－ｌａｙｅｒ）界面；另一种是在垂直于打印方向的水平面上，道与道的溶??池之
【参考文献】：
期刊论文
[1]Data-driven evaluation of fatigue performance of additive manufactured parts using miniature specimens[J]. H.Y.Wan,G.F.Chen,C.P.Li,X.B.Qi,G.P.Zhang. Journal of Materials Science & Technology. 2019(06)
[2]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)
[3]小尺度CA6NM马氏体不锈钢样品疲劳性能评价研究[J]. 马也飞,宋竹满,张思倩,陈立佳,张广平. 金属学报. 2018(10)
[4]材料3D打印技术的研究进展[J]. 黄卫东. 新型工业化. 2016(03)
[5]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)
[6]Geometrical Scale-Sensitive Fatigue Properties of Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si Alloys With α/β Lamellar Microstructures[J]. B.Zhang,Z.M.Song,L.M.Lei,L.Kang,G.P.Zhang. Journal of Materials Science & Technology. 2014(12)
[7]西安交通大学先进制造技术研究进展[J]. 卢秉恒. 中国工程科学. 2013(01)
[8]Tensile and Fatigue Properties of Free-Standing Cu Foils[J]. Caiyun Dai, Xiaofei Zhu and Guangping Zhang Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China. Journal of Materials Science & Technology. 2009(06)
[9]激光快速成形过程中316L不锈钢显微组织的演变[J]. 林鑫,杨海欧,陈静,黄卫东. 金属学报. 2006(04)
[10]金属材料快速凝固激光加工与成形[J]. 王华明,张凌云,李安,蔡良续,汤海波. 北京航空航天大学学报. 2004(10)
本文编号：3371972
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