增材制造,又稱3D打印,是一種新型的制造技術。相比于傳統(tǒng)加工方法,具有無模具、快速、近凈成形等優(yōu)勢。為了使增材制造構件在工程中得到更廣泛的應用,研究其力學性能尤其是疲勞性能就十分重要。本課題基于等離子電弧,以316L不銹鋼焊絲為材料進行增材制造。首先,針對沉積單道的表面成形質(zhì)量及宏觀尺寸,采用正交試驗方法研究焊接電流、送絲速度和沉積速度對表面成形及宏觀尺寸的影響。接著根據(jù)選取的最優(yōu)工藝參數(shù)進行增材塊體的堆積,分別對平行于單層（SD）、45°和平行于堆積方向（BD）三個不同的方向進行取樣。通過金相組織、掃描電鏡、電子背散射衍射等觀察微觀組織,通過單軸拉伸、疲勞等力學性能試驗分析不同方向的差異。并且將微觀組織與力學性能相結(jié)合,深入分析微觀組織對增材制造316L不銹鋼各向異性的影響,得出以下結(jié)論:不同工藝參數(shù)對沉積單道寬度的影響,焊接電流>沉積速度>送絲速度;對沉積單道高度的影響,送絲速度>焊接電流>沉積速度;對沉積單道寬高比的影響,送絲速度>焊接電流>沉積速度。當?shù)篱g距為4.5 mm時,得到的單層表面平整。SD樣品和45°樣品的拉伸性能和疲勞性能相差不多... 

【文章來源】：南京理工大學江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

SLMedCo-Cr-Mo合金面心立方（fcc）晶體結(jié)構的BSE圖像和相應的晶體取向圖，箭頭表示堆積方

碩士學位論文等離子電弧增材制造316L不銹鋼機械性能各向異性研究5化過程中產(chǎn)生的氣體[24]等。對于電子束增材技術來說，最常見的缺陷（占總數(shù)的97%）是直徑小于100微米的球狀小孔[23]，這些光滑的球狀小孔是由在凝固過程中無法逸出的氣體所導致的[24]，因為是在真空環(huán)境下堆積的，外界的空氣幾乎是可以避免的，所以氣孔的主要是來自粉末原料中的氬氣，這些氬氣是在制造過程中，通過等離子體霧化進入粉末顆粒中。但是對于樣品的各向異性造成影響的是那些不規(guī)則的缺陷（占總數(shù)的3%），這些缺陷易于產(chǎn)生較高的應力集中，而且由于不同的加載方向?qū)煌膽校瑫a(chǎn)生不同的力學性能。1.3.2靜態(tài)力學性能的各向異性迄今為止，許多學者對增材制造的力學性能各向異性進行了研究，包括沖擊性能、拉伸性能、壓縮性能、疲勞性能[16-20]等。其中，大部分的研究的材料集中于鈦合金（Ti-圖1.4316L不銹鋼（10層）的不同部分的微結(jié)構：（a1-a2）頂層，（b1-b2）第7-9層，（c1-c2）第4-6層，（d1-d2）第2-第4層，（e1-e2）第1層和基板[22]

碩士學位論文等離子電弧增材制造316L不銹鋼機械性能各向異性研究7術，對Al-6Mg合金的力學性能的各向異性進行了研究，其加工工藝以及取樣位置的示意圖如圖1.6所示，得到的力學性能如圖1.7所示。在相同參數(shù)下，所有縱向樣品的抗拉強度均高于所有橫向樣品的抗拉強度。對于縱向樣品，在脈沖CMT模式下的抗拉強度為259MPa，低于其他電弧模式下的抗拉強度。在變極性CMT模式下，抗拉強度最高，達到了333MPa。對于具有相同組成的Al-Mg系列合金（5A06），通過鍛造的樣品一般的標準的抗拉強度是315MPa[35]。這表明通過電弧增材制造技術得到的Al-Mg合金的機械性能是在可接受的范圍內(nèi)的。電弧的模式對橫向樣品的抗拉強度幾乎沒有影響。對比#4-#6樣品的抗拉強度，熱輸入和層間等待時間對力學性能的影響并不明顯。此外，橫向樣品抗拉強度的標準差通常很高，這也表明了橫向樣品力學性能的不穩(wěn)定性。1.3.3疲勞性能的各向異性對于金屬構件來說，有80%的失效都是來自于疲勞失效，這也是許多工程結(jié)構件中常見的失效模式[36-37]。但是對于疲勞性能的研究需要較多的材料和花費更多的時間，因此，對于疲勞性能的研究相對于拉伸性能的研究要少許多。但是，隨著增材制造技術的成熟以及設備的完善，對于增材制造樣品的疲勞性能的研究已吸引了越來越多的學者的注意力。根據(jù)研究表明，和沖擊性能、拉伸性能相似，疲勞性能也表現(xiàn)出了明顯的各向異性。Xie[38]等研究了裂紋擴展方向?qū)σ越z材為原材料基于等離子電弧增材制造得到的Ti-6Al-4V疲勞裂紋擴展的影響。水平和垂直的樣品的疲勞裂紋擴展速率（Fatiguecrack圖1.6加工工藝和取樣位置示意圖[34]（a）垂直試樣；（b）水平試樣圖1.5缺陷和加載方向的示意圖[25]

【參考文獻】：
博士論文
[1]機械結(jié)構的疲勞壽命預測與可靠性方法研究[D]. 左芳君.電子科技大學 2016



本文編號：2964757