【摘要】：馬氏體時效鋼18Ni300是新型的超高強度鋼,因其具有較好的強韌性、焊接性和簡單的熱處理工藝。其廣泛應用于航空、航天、機械制造、原子能等重要領(lǐng)域。增材制造技術(shù)因為相對于傳統(tǒng)的減材技術(shù)其具有生產(chǎn)周期短、經(jīng)濟性好、材料結(jié)構(gòu)設計限制少等特點。通過增材制造方法實現(xiàn)馬氏體時效鋼零件的制造具有良好的應用前景。本文基于激光定向能量沉積的方法,對18Ni300的激光定向能量沉積工藝進行研究。同時利用同軸視覺傳感技術(shù)對沉積過程中熔池的演變及特性進行了研究,主要分析了增材制造幾種沉積方式的組織特點和工藝參數(shù)對于成形件的成形、組織、缺陷及力學性能能的影響。由于18Ni300其好的強韌性來自于熱處理,因此對于增材制造后的成形件進行了固溶+時效處理和時效處理兩種方式,對其組織演變行為進行了研究。在單道單層試驗中發(fā)現(xiàn)激光功率,掃描速率和送粉速率三者對成形的影響程度最大。單道多層試驗發(fā)現(xiàn),底部主要是細小的柱狀晶,中部為向上生長的柱狀晶,在頂部發(fā)生了柱狀晶向等軸晶的轉(zhuǎn)變。成形件中以內(nèi)部含有大量小角度晶界的馬氏體為主,在底部存在一些由于元素擴散而形成的奧氏體,在頂部存在一些由于馬氏體轉(zhuǎn)變不完全的奧氏體,無論是哪種奧氏體其與馬氏體之間的取向差為45°[001]。單道多層試驗中的氣孔缺陷主要是粉末內(nèi)的缺陷引入,而裂紋缺陷和元素的氧化密切相關(guān)。通過多道多層試驗雖然避免了非致密缺陷提高了致密度,但是試驗中容易產(chǎn)生Ti、Al的氧化物夾雜。為應對Ti、Al氧化物夾雜現(xiàn)象,設計了低氧含量下的試驗方案。通過降低氧含量增材過程中的表面成形和精度均得到了極大的提高。在低氧含量中的一次枝晶間距大于大氣環(huán)境,等軸晶區(qū)面積明顯減小。低氧環(huán)境中拉伸性能上得到了很大的提高,在未做熱處理前可以達到907.8Mpa,超過了同種材料鍛件的強度。通過對低氧含量下的試樣進行熱處理發(fā)現(xiàn),由于基體上出現(xiàn)了含Ni、Ti、Mo等合金元素的金屬間化合物,這些金屬間化合物彌散細小的分布極大的提高了試樣的強度,熱處理后的試樣最高可以達到1586.7Mpa。為了理解沉積過程的熔池特性,對實時的熔池圖像相關(guān)幾何特征進行了研究。在單道單層試驗中,激光功率增加使熔池面積增加,掃描速度的提高和送粉速率的提高使熔池面積減小。單道多層試驗中,時域中熔池面積信號的演變可以分成三個階段。時頻分析可知優(yōu)化的工藝參數(shù)分量主要集中在0 Hz~1.2 Hz和1.3 Hz~1.8 Hz的兩個頻率上。多道多層試驗同樣具有0 Hz~1.2 Hz和1.3 Hz~1.8 Hz的兩個頻率。短邊掃描均比長邊掃描方式具有更高的頻率。氬氣環(huán)境中熔池相對穩(wěn)定,熔池亮度較高形狀較為規(guī)則,具有更高的熔池穩(wěn)定性,因此氬氣環(huán)境中可以獲得更高的成形精度。
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馬氏體時效鋼的高強度是通過時效過程產(chǎn)生的時效強化，亞穩(wěn)態(tài)的馬氏體分解成奧氏體和用遠大于馬氏體分解產(chǎn)生的軟化效果，最終表 1-2 18Ni 型馬氏體時效鋼的化學成分和強度級別Ni Mo Co Ti Al 18 3.3 8.5 0.2 0.118 5.0 8.5 0.4 0.118 5.0 9.0 0.7 0.118 4.2 12.5 1.6 0.117 4.6 10.0 0.3 0.1主要是 18Ni、20Ni 和 25Ni 三種類型，其中 1強度的不同分為了 18Ni(200)、18Ni(250)、18相應的化學成分及強度級別如表 1-2所示�；R氏體時效鋼研究現(xiàn)狀

圖 1-2 胞狀結(jié)構(gòu)[11][13]對 18Ni(300) 馬氏體時效鋼 SLM 成形工藝及其熱密度可以達到 99%，但仍然存在一些微小的孔洞，組體。通過對成形試樣的固溶和時效處理使得試樣最后鍛造的水平。曹潤辰[14]從簡單的單道熔道入手，再到成形過程復雜 18Ni(300) 最終成形件的影響。并對 18Ni(300) 粉末藝參數(shù)對金屬熔化的影響。魯汶大學研究人員 K.Kempen[15]等人，利用 SLM 的方溫度對于 SLM 成形件組織性能的影響。發(fā)現(xiàn)當枝晶的力學性能，，當采用 480℃下時效 5 小時可以顯著的奧氏體的含量。研究人員還分析了試樣中的夾雜物，夾雜物的類型為 Ti, Mo, Al, Si 的氧化物。 Eric A. J gle[16]對運用 SLM 的方法制造的 Fe 18Ni 9體轉(zhuǎn)變和時效過程進行了研究，試驗人員運用原子探
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH16

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 尹航;李金許;宿彥京;褚武揚;喬利杰;;馬氏體時效鋼的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J];鋼鐵研究學報;2014年03期

2 陳靜;譚華;楊海歐;劉振俠;黃衛(wèi)東;;激光快速成形過程中熔池形態(tài)的演化[J];中國激光;2007年03期

3 姜越,尹鐘大,朱景川,李明偉;馬氏體時效不銹鋼的發(fā)展現(xiàn)狀[J];特殊鋼;2003年03期

相關(guān)碩士學位論文 前2條

1 康凱;選區(qū)激光成形用18Ni-300粉末特性及成形件組織結(jié)構(gòu)的研究[D];重慶大學;2014年

2 曹潤辰;18Ni300馬氏體時效鋼選區(qū)激光熔化工藝及金屬粉末激光熔化實驗研究[D];上海交通大學;2014年

本文編號：2522110