選擇性激光熔化作為一種可精細(xì)制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)的金屬增材制造技術(shù)已得到廣泛重視和大量研究。現(xiàn)階段由于應(yīng)用材料少,對(duì)相關(guān)材料的成形機(jī)理認(rèn)識(shí)不足,制約了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。本文主要以純鎢為研究對(duì)象,針對(duì)選擇性激光熔化過(guò)程的成形機(jī)理開(kāi)展研究。研究了純鎢粉末特性對(duì)選擇性激光熔化鋪粉及熔化成形過(guò)程的影響規(guī)律,認(rèn)為鋪粉過(guò)程主要受粉末流動(dòng)性和鋪粉層厚影響,粉末的高流動(dòng)性有利于鋪粉過(guò)程進(jìn)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(dǎo)熱系數(shù),進(jìn)而影響受激光熔化金屬液的高溫停留時(shí)間,最終對(duì)成形樣品產(chǎn)生影響。為實(shí)現(xiàn)純鎢薄壁件壁厚及表面質(zhì)量的控制,對(duì)純鎢選擇性激光熔化過(guò)程中的微熔池特性及薄壁件成形機(jī)理進(jìn)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(guān)系,建立了相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式,并對(duì)相應(yīng)激光參數(shù)下制備樣品的表面狀態(tài)和缺陷進(jìn)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(huì)導(dǎo)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(duì)壁厚的影響機(jī)理。對(duì)純鎢塊體材料的成形機(jī)理進(jìn)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(nèi)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(duì)密度為97%的純鎢塊狀樣品;樣品內(nèi)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(chǎn)生。對(duì)選擇性激光熔化TC11和7075合金的成形性能進(jìn)行了擴(kuò)展研究,對(duì)比分析了純鎢、TC11和7075合金在選擇性激光熔化過(guò)程中的成形機(jī)理及裂紋產(chǎn)生機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)TC11合金成形過(guò)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(chǎn)生機(jī)理有明顯差異;7075合金成形過(guò)程的主要缺陷為裂紋,激光工藝參數(shù)對(duì)裂紋形態(tài)及最終樣品性能有顯著影響;從結(jié)晶溫度區(qū)間,晶粒尺寸、成分、冷卻速度和制備過(guò)程的拘束度等方面對(duì)純鎢、7075合金的裂紋產(chǎn)生機(jī)理及TC11合金較好的成形性能進(jìn)行了分析和闡述。
【學(xué)位單位】：鋼鐵研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TG146.411;TG665
【部分圖文】：

材制造（Additive Manufacturing，AM）技術(shù)也稱(chēng)為 3D 打印，該技助設(shè)計(jì)、材料加工與成形技術(shù)相結(jié)合，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，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(jié)、熔化、層壓、光固化等方式逐層堆積，最終制造出實(shí)體物品種技術(shù)與于傳統(tǒng)的減材制造（機(jī)加工等）和等材制造（鑄造等），是一種“自下而上”通過(guò)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(wú)法獲得的復(fù)雜零件變?yōu)榭赡躘7]。材制造技術(shù)的分類(lèi)材制造技術(shù)有多種分類(lèi)方式，標(biāo)準(zhǔn) ISO/ASTM 52900-2015 中將增為七類(lèi)[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(shù)在生物醫(yī)療個(gè)性化定制方面的應(yīng)醫(yī)療領(lǐng)域，近些年來(lái)，在工業(yè)和消費(fèi)領(lǐng)域個(gè)性化的定增材制造由于可以制備各種復(fù)雜形狀，迅速地將各要加工模具等特點(diǎn)使得該技術(shù)在個(gè)性化定制領(lǐng)域越制備的個(gè)性化定制產(chǎn)品也不斷涌現(xiàn)。修復(fù)受損零件

因此降低了成本，且由于金屬增材制造修復(fù)過(guò)程速度較快，相對(duì)于重新加工制備該零件來(lái)說(shuō)節(jié)省了時(shí)間。圖1-3 為航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤(pán)的金屬增材制造修復(fù)過(guò)程示意圖。金屬增材制造技術(shù)不僅限于航空航天領(lǐng)域零部件的修復(fù)，近些年來(lái)機(jī)械制造、能源開(kāi)采、船舶重工等領(lǐng)域的一些大型部件在損壞后也開(kāi)始采用金屬增材制造技術(shù)進(jìn)行快速修復(fù)。例如，2014 年西門(mén)子公司采用金屬增材制造技術(shù)修復(fù)燃?xì)廨啓C(jī)的部分金屬零件，采用該技術(shù)可以大幅縮短相應(yīng)零部件的修理時(shí)間，使得燃?xì)廨啓C(jī)的修理時(shí)間從 44 周縮減為 4 周。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2858229