增材制造,又稱3D打印,是一種新型的制造技術(shù)。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(gòu)件在工程中得到更廣泛的應(yīng)用,研究其力學(xué)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(xué)性能試驗分析不同方向的差異。并且將微觀組織與力學(xué)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(dāng)?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(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

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

碩士學(xué)位論文等離子電弧增材制造316L不銹鋼機(jī)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(shù)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(dǎo)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(jìn)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(yīng)力集中，而且由于不同的加載方向?qū)?yīng)不同的應(yīng)力集中，會產(chǎn)生不同的力學(xué)性能。1.3.2靜態(tài)力學(xué)性能的各向異性迄今為止，許多學(xué)者對增材制造的力學(xué)性能各向異性進(jìn)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(gòu)：（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(xué)位論文等離子電弧增材制造316L不銹鋼機(jī)械性能各向異性研究7術(shù)，對Al-6Mg合金的力學(xué)性能的各向異性進(jìn)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(xué)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)的抗拉強度是315MPa[35]。這表明通過電弧增材制造技術(shù)得到的Al-Mg合金的機(jī)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(xué)性能的影響并不明顯。此外，橫向樣品抗拉強度的標(biāo)準(zhǔn)差通常很高，這也表明了橫向樣品力學(xué)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(gòu)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(gòu)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(shù)的成熟以及設(shè)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(xué)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(kuò)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(kuò)展的影響。水平和垂直的樣品的疲勞裂紋擴(kuò)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(xiàn)】：
博士論文
[1]機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞壽命預(yù)測與可靠性方法研究[D]. 左芳君.電子科技大學(xué) 2016



本文編號：2964757