使用復雜型腔單晶高溫合金渦輪葉片已經(jīng)成為提升航空發(fā)動機和燃氣輪機整體性能的關鍵手段,但沿用傳統(tǒng)熔模精密鑄造技術制備渦輪葉片工序繁冗復雜,周期較長,且不能隨意設計內部冷卻型腔結構。金屬材料的激光3D打印技術以其獨特的工藝特點為復雜型腔渦輪葉片的制備提供了一種新途徑。然而,這項技術目前尚未取得突破性進展。為了促進該技術在工程上取得實質性進展,本文將實驗研究與計算模擬相結合,針對激光成形單晶高溫合金中面臨的關鍵問題,發(fā)展了相應的實驗研究方法并建立了相關的理論模型。主要內容包括:（1）利用C語言開發(fā)了一個掃描路徑生成軟件,可以根據(jù)輸入的激光成形參數(shù)自動生成激光成形所使用的數(shù)控代碼。基于這個軟件,可以對激光成形的工藝參數(shù)實現(xiàn)完整的控制,并滿足特定工藝設計需求。（2）提出了一種矢量化算法,基于該算法,從理論上研究了基材晶體取向對單晶高溫合金表面重熔過程中的溫度梯度、枝晶生長速度、雜晶形成傾向性的影響。并開展了理論預測與實驗結果的對比研究。結果表明該算法可以較為準確地預測枝晶生長方向,并可以初步預測重熔組織中的雜晶形成的傾向性。（3）將上述矢量化算法與有限元軟件相結合,研究了激光掃描速度對單晶高溫合... 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：129 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 鎳基單晶高溫合金
        1.1.1 鎳基單晶高溫合金的定義
        1.1.2 單晶生產(chǎn)工藝及其理論基礎
    1.2 激光成形技術概述
        1.2.1 激光重熔與激光熔覆成形
        1.2.2 工藝參數(shù)對激光成形的影響
        1.2.3 掃描路徑規(guī)劃的研究現(xiàn)狀
        1.2.4 激光成形過程的計算模擬
    1.3 單晶高溫合金的激光成形
        1.3.1 激光成形單晶高溫合金的應用前景
        1.3.2 激光成形單晶高溫合金的微觀組織
    1.4 本研究工作的目的、內容及意義
第2章 掃描路徑規(guī)劃及軟件實現(xiàn)
    2.1 引言
    2.2 基本操作的數(shù)控代碼生成
        2.2.1 生成單次操作的數(shù)控代碼
        2.2.2 生成多次操作的數(shù)控代碼
    2.3 打印前預熱過程的掃描路徑
        2.3.1 生成簡單掃描的預熱代碼
        2.3.2 生成掃描方向可變的預熱代碼
    2.4 打印過程的掃描路徑
        2.4.1 生成打印代碼的框架流程
        2.4.2 生成簡單掃描的打印代碼
        2.4.3 生成掃描方向可變的打印代碼
    2.5 本章小節(jié)
第3章 單晶高溫合金的激光重熔組織
    3.1 引言
    3.2 基材晶體取向對枝晶生長行為的影響
        3.2.1 傳熱模型與基本凝固參數(shù)
        3.2.2 枝晶生長方向的矢量化算法
        3.2.3 晶體取向對枝晶生長方向的影響
        3.2.4 晶體取向對凝固參數(shù)的影響
        3.2.5 晶體取向對成分過冷引起的雜晶形成傾向性的影響
    3.3 [100]/(001)取向的重熔組織及計算模擬
        3.3.1 計算模型及實驗方法
        3.3.2 凝固界面的形狀尺寸及傳熱
        3.3.3 枝晶的生長方向及凝固參數(shù)
        3.3.4 成分過冷引起的雜晶形成傾向性
    3.4 [710]/(001)取向的重熔組織及計算模擬
        3.4.1 計算模型及實驗方法
        3.4.2 枝晶的生長方向及凝固參數(shù)
        3.4.3 一次枝晶間距的計算方法
        3.4.4 平界面凝固的層厚計算方法
    3.5 本章小結
第4章 單晶高溫合金的激光熔覆工藝
    4.1 引言
    4.2 基于表面重熔制定的單晶打印工藝參數(shù)
        4.2.1 不適宜參數(shù)的重熔排除
        4.2.2 層厚和道次間距的選取方法
    4.3 激光成形中的枝晶偏轉及其控制方法
        4.3.1 激光成形中的枝晶偏轉現(xiàn)象
        4.3.2 熔池對流對枝晶偏轉的影響
        4.3.3 枝晶偏轉的控制方法
    4.4 激光成形過程的實時模擬
        4.4.1 打印前預熱過程的實時模擬
        4.4.2 激光熔覆過程實時模擬
    4.5 實時模擬在激光成形中的應用
        4.5.1 激光成形過程原位預熱的實現(xiàn)方法
        4.5.2 原位預熱對激光成形高溫合金的影響
    4.6 激光成形單晶的顯微組織及其力學性能
        4.6.1 實驗方法
        4.6.2 微觀組織及缺陷
        4.6.3 熱處理對單晶中γ'相的影響
        4.6.4 室溫拉伸性能
    4.7 本章小結
第5章 全文結論
參考文獻
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的其他研究成果
致謝
作者簡介


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]連續(xù)碳化硅纖維增強碳化硅陶瓷基復合材料研究進展[J]. 陳明偉,謝巍杰,邱海鵬.  現(xiàn)代技術陶瓷. 2016(06)
[4]Effects of Substrate Crystallographic Orientations on Microstructure in Laser Surface-Melted Single-Crystal Superalloy:Theoretical Analysis[J]. Guo-Wei Wang,Jing-Jing Liang,Yi-Zhou Zhou,Tao Jin,Xiao-Feng Sun,Zhuang-Qi Hu.  Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2016(08)
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博士論文
[1]機械振動作用下激光熔覆鎳基合金涂層凝固組織及應力控制研究[D]. 王傳琦.昆明理工大學 2013

碩士論文
[1]鈦合金薄壁零件激光沉積成形基體變形與應力調控研究[D]. 魯俊杰.山東大學 2016
[2]激光熔覆熔池溫度場和流場的數(shù)值模擬[D]. 趙海玲.燕山大學 2013
[3]金屬材料的熱膨脹特性研究[D]. 操龍飛.武漢科技大學 2013
[4]TA15鈦合金激光焊接溫度場的測量與焊縫特征研究[D]. 黃松.武漢理工大學 2012



本文編號：3169180