選擇性激光熔化作為一種可精細制備復雜結構的金屬增材制造技術已得到廣泛重視和大量研究�，F(xiàn)階段由于應用材料少,對相關材料的成形機理認識不足,制約了該技術的廣泛應用。本文主要以純鎢為研究對象,針對選擇性激光熔化過程的成形機理開展研究。研究了純鎢粉末特性對選擇性激光熔化鋪粉及熔化成形過程的影響規(guī)律,認為鋪粉過程主要受粉末流動性和鋪粉層厚影響,粉末的高流動性有利于鋪粉過程進行,且隨層厚增加,鋪粉變得連續(xù);鋪粉密度(松裝密度)影響粉末床層的導熱系數(shù),進而影響受激光熔化金屬液的高溫停留時間,最終對成形樣品產生影響。為實現(xiàn)純鎢薄壁件壁厚及表面質量的控制,對純鎢選擇性激光熔化過程中的微熔池特性及薄壁件成形機理進行了研究。確定了制備純鎢薄壁件的激光參數(shù)范圍,分析了純鎢薄壁件的壁厚與激光參數(shù)的關系,建立了相應的經驗公式,并對相應激光參數(shù)下制備樣品的表面狀態(tài)和缺陷進行了分析。研究發(fā)現(xiàn)純鎢薄壁件的壁厚隨激光功率的增加線性增加,隨激光掃描速度的升高呈指數(shù)降低;較高的激光功率會導致薄壁交叉的部位出現(xiàn)裂紋;提高激光輸入能量密度或激光重熔可以降低樣品表面的粗糙度;合理的工藝參數(shù)可以避免出現(xiàn)較大的“鎢黏附體”;采用熔池凝固收縮原理闡述了激光重熔對壁厚的影響機理。對純鎢塊體材料的成形機理進行了研究。研究發(fā)現(xiàn)隨輸入激光能量密度的增加,樣品表面變得光滑,內部孔隙減少,密度增加,采用300 W、200 mm/s的激光掃描參數(shù)制備出了相對密度為97%的純鎢塊狀樣品;樣品內部晶粒隨激光輸入能量密度的增加方向性變得明顯,且晶粒尺寸不斷增大;優(yōu)化激光掃描策略也可減少缺陷產生。對選擇性激光熔化TC11和7075合金的成形性能進行了擴展研究,對比分析了純鎢、TC11和7075合金在選擇性激光熔化過程中的成形機理及裂紋產生機理。研究發(fā)現(xiàn)TC11合金成形過程的主要缺陷為孔隙,且因工藝參數(shù)的不同孔隙的形狀及產生機理有明顯差異;7075合金成形過程的主要缺陷為裂紋,激光工藝參數(shù)對裂紋形態(tài)及最終樣品性能有顯著影響;從結晶溫度區(qū)間,晶粒尺寸、成分、冷卻速度和制備過程的拘束度等方面對純鎢、7075合金的裂紋產生機理及TC11合金較好的成形性能進行了分析和闡述。
【學位單位】：鋼鐵研究總院
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG146.411;TG665
【部分圖文】：

材制造（Additive Manufacturing，AM）技術也稱為 3D 打印，該技助設計、材料加工與成形技術相結合，以數(shù)字模型文件為基礎，通控制系統(tǒng)將金屬材料、非金屬材料以及生物醫(yī)用材料，按照噴射燒結、熔化、層壓、光固化等方式逐層堆積，最終制造出實體物品種技術與于傳統(tǒng)的減材制造（機加工等）和等材制造（鑄造等），是一種“自下而上”通過材料的不斷累加制造零件的方法[6]。該去受傳統(tǒng)制造方式約束，而無法獲得的復雜零件變?yōu)榭赡躘7]。材制造技術的分類材制造技術有多種分類方式，標準 ISO/ASTM 52900-2015 中將增為七類[8]，分別為粘接劑噴射成形（Binder jetting）、直接能量沉t energy deposition）、材料擠出成形（Material extrusion）、材料噴rial jetting）、粉末床熔化成形（Powder bed fusion）、層壓成形ion）、光聚合成形（Vat photopolymerization），圖 1-1 為增材制造技理示意圖。

1-2 金屬增材制造技術在生物醫(yī)療個性化定制方面的應醫(yī)療領域，近些年來，在工業(yè)和消費領域個性化的定增材制造由于可以制備各種復雜形狀，迅速地將各要加工模具等特點使得該技術在個性化定制領域越制備的個性化定制產品也不斷涌現(xiàn)。修復受損零件

因此降低了成本，且由于金屬增材制造修復過程速度較快，相對于重新加工制備該零件來說節(jié)省了時間。圖1-3 為航空發(fā)動機整體葉盤的金屬增材制造修復過程示意圖。金屬增材制造技術不僅限于航空航天領域零部件的修復，近些年來機械制造、能源開采、船舶重工等領域的一些大型部件在損壞后也開始采用金屬增材制造技術進行快速修復。例如，2014 年西門子公司采用金屬增材制造技術修復燃氣輪機的部分金屬零件，采用該技術可以大幅縮短相應零部件的修理時間，使得燃氣輪機的修理時間從 44 周縮減為 4 周。
【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2858229