激光金屬增材制造技術(shù)是基于激光熔覆技術(shù)基礎(chǔ)上融合快速成形技術(shù)而發(fā)展起來的一種先進(jìn)制造技術(shù),能直接制造出全致密及力學(xué)性能優(yōu)異的金屬零件,在航空航天、汽車船舶及武器裝備等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。激光增材制造材料融化/凝固是一個(gè)“快冷快熱”的過程,局部熱輸入會產(chǎn)生不均勻溫度場造成成形的零件在隨后冷卻過程中存在殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力是一種內(nèi)應(yīng)力,直接影響零件的力學(xué)性能,嚴(yán)重時(shí)將引發(fā)裂紋缺陷。激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)是通過高能量激光在零件表面產(chǎn)生高溫、高壓等離子體,在約束狀態(tài)下使形成高壓沖擊波,產(chǎn)生塑性變形,從而在沖擊區(qū)域產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力及細(xì)化晶粒,提高材料力學(xué)性能。因此本文提出基于激光沖擊強(qiáng)化調(diào)控激光增材制造殘余應(yīng)力這一解決方案,以期激光沖擊產(chǎn)生的殘余壓應(yīng)力調(diào)控激光增材制造在零件中的殘余應(yīng)力,以此達(dá)到提高成形零件力學(xué)性能的目的。基于有限元技術(shù),研究了激光增材制造熔覆層的溫度場和應(yīng)力場的分布規(guī)律。采用正交實(shí)驗(yàn)法分析激光增材制造的工藝參數(shù)（激光功率、掃描速度和光斑直徑）對單道熔覆層殘余應(yīng)力的影響,發(fā)現(xiàn)在激光功率為630w掃描速度為6mm/s,光斑直徑為2.2mm的情況下,殘余應(yīng)力較小為261MPa,出現(xiàn)在距熔覆... 

【文章來源】：蘇州大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．４激光沖擊強(qiáng)化示意圖??

得最優(yōu)值：隨后通過ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ軟件，在得到的仿真殘余應(yīng)力場中加入激??光沖擊，通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)，得到激光沖擊對熔覆層內(nèi)應(yīng)力的影響規(guī)律；然后進(jìn)行光??內(nèi)同軸送粉的激光增材制造實(shí)驗(yàn)和無吸收層的激光沖擊實(shí)驗(yàn)，根據(jù)數(shù)值仿真的最優(yōu)解，??制備相關(guān)試樣；對試樣進(jìn)行后處理，測得內(nèi)應(yīng)力數(shù)值，電鏡拍攝微觀組織。最后，根??據(jù)仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析評判激光沖擊強(qiáng)化對熔覆層殘余應(yīng)力的調(diào)控效果。??本文為了探宄激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)對熔覆層殘余應(yīng)力影響，將主要研究工作分為如??下兩個(gè)部分，其技術(shù)路線如下圖１．５所示。??＿??有限元仿獅?，－．卜，｜?Ｉ??「７?「Ｉ?：｜！?１?３Ｉ６Ｌ粉末?Ｍ軸送粉激光器?Ｉ??建立單逍熔覆層模型應(yīng)力場中加入激光沖擊ｈ?——?；??｜?１?Ｉ?１?｜?」丨，測得熔覆層Ｙ方向內(nèi)應(yīng)力值??！?｜?ＡＮＳＹＳ熱耦合仿真｜｜?ＬＳ－ＤＹＮＡ動力學(xué)仿真?Ｉ；丨?＾?Ｉ??Ｉ格覆層內(nèi)應(yīng)力分布情況培稷層內(nèi)應(yīng)力變化規(guī)律Ｉ丨Ｉ?ｆｔ中氣中進(jìn)行尤約ｊ｜＾、陳離；，，Ｉ??！?｜工藝參數(shù)正交＾Ｔ］?｜調(diào)＾參數(shù)｜?ｒ?｛「＾改變參數(shù)進(jìn)ｊ〒多組實(shí)驗(yàn)Ｉ?｜??！?ｒＶｉ?ｒ＾ｉ?ｒＷｉ?￣￣ｉ?：丨：ＩＩ測得熔覆層＾方向內(nèi)應(yīng)力值１１??，?ｆ?Ｓ?ｇ?能量環(huán)境溫度，?１?ｔ?１??Ｊｗ?粉?Ｌ－—ｒ＾Ｊ?￣￣Ｊ?，?１１?１?試驗(yàn)制備：?＊??功?速?量?丨士…￣＾?１１?１?．士．??１畫??鳥Ｊ?Ｉ度Ｉ?＿丨御撮雌?－｜｜?｜｜線割卜打磨＊腐蝕表面ｊ??翻最賴?Ｉ?｜?＿竟＋拍胃顯微組織性能分析Ｉ??１?－＊?Ｌ?＿?Ｊｋ，－???Ｊ?ｉ??圖１．５本文技術(shù)路線??７??

基于激光沖擊的激光增材制造熔覆層殘余應(yīng)力調(diào)控研究?第二章??受熱區(qū)域溫度升高，屈服應(yīng)力極限下降。當(dāng)熔池附近區(qū)域的熱應(yīng)力值超過其屈服極限??時(shí)，熔池附近區(qū)域?qū)a(chǎn)生彈－塑性變形。不同局部區(qū)域的材料溫度及冷卻條件存在??差異，使得冷卻速率不同，導(dǎo)致熔化區(qū)域在之后凝固冷卻的過程中不能自由收縮，其??收縮變形將受到周圍區(qū)域的束縛應(yīng)力。因此，熔覆層局部必將受到一個(gè)拉應(yīng)力的作用，??而周圍處于較低溫度狀態(tài)的材料則承受一個(gè)壓應(yīng)力［１］［４３］，分布規(guī)律如圖２．２所示。??激光束????金Ｗ粉水流．．?：金Ｍ粉水流??己成形層?“??＿＿．ｙ?＊??ｉＳＭ??圖２．１激光增材制造熔池形成圖?圖２．２激光增材制造殘余應(yīng)力分布圖??２．１．２殘余應(yīng)力的分布規(guī)律??由于激光增材制造是快冷快熱過程，材料在極短的時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷熔化－凝固過程，??材料中溫度梯度和冷卻速率非常大，熔覆層內(nèi)殘留的殘余熱應(yīng)力也較大。熔覆層中的??殘余應(yīng)力（特別是拉應(yīng)力）的存在對成形件性能存在諸多危害：熔覆過程中產(chǎn)生的瞬間??熱應(yīng)力過大會導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，使得熔覆層初期不能穩(wěn)定成形；同時(shí)，冷卻時(shí)由殘余??應(yīng)力引起的變形和翹曲還會影響零件的成形精度；，冷卻后零件內(nèi)的殘余應(yīng)力超過材??料屈服極限時(shí)，甚至?xí)话l(fā)脆性斷裂。??根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)［４４］［４５］熔覆層內(nèi)存在較大的殘余拉應(yīng)力是導(dǎo)致激光增材制造熔覆層??開裂的主要原因，裂紋延伸的方向即使殘余應(yīng)力較大的方向，裂紋的擴(kuò)展方向主要沿??著垂直于激光掃描方向而延伸，所以從熔覆層開裂傾向可以判斷，沿著激光掃描方向??的殘余拉應(yīng)力較大。研究結(jié)果［４６］顯示熔覆層三維殘余應(yīng)力對比結(jié)果，可以認(rèn)為沿著熔??覆層激光掃描

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]316L不銹鋼粉末激光熔覆工藝研究[J]. 昝少平,焦俊科,張文武.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2016(06)
[2]焊接接頭表面改性的研究進(jìn)展[J]. 滕誠信,左松,趙琨,蘭緒文,朱海洋,張?jiān)?  表面技術(shù). 2014(04)
[3]鐵基激光熔覆層的開裂行為及開裂機(jī)理研究[J]. 李杰,高峰,張鑫,田玉亮,陸在平.  熱噴涂技術(shù). 2013(04)
[4]Fe314合金熔覆層殘余應(yīng)力激光沖擊消除機(jī)理[J]. 閆世興,董世運(yùn),徐濱士,王玉江,肖愛民,魯金忠.  中國激光. 2013(10)
[5]激光沖擊及其對金屬材料組織和性能的影響[J]. 羅新民,苑春智,張靜文,馬輝,趙廣志,楊坤,張永康.  熱處理. 2012(01)
[6]激光沖擊強(qiáng)化技術(shù)研究及其在鈦合金中的應(yīng)用[J]. 趙恒章,楊英麗,洪權(quán),馮亮,奚正平.  鈦工業(yè)進(jìn)展. 2011(06)
[7]激光熔覆過程殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬[J]. 顧建強(qiáng),駱芳,姚建華.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2010(10)
[8]激光熔覆成形技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 宋建麗,李永堂,鄧琦林,胡德金.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2010(14)
[9]高性能金屬零件激光快速成形技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 張永忠,石力開.  航空制造技術(shù). 2010(08)
[10]提高鋁合金強(qiáng)度的技術(shù)途徑和方法[J]. 張偉,劉金明,歐陽玲玉.  鋁加工. 2008(06)

博士論文
[1]兩種典型金屬零部件激光增材制造技術(shù)基礎(chǔ)比較研究[D]. 馬明明.華中科技大學(xué) 2016
[2]特殊鋼棒線材熱連軋過程的有限元模擬與分析[D]. 原思宇.大連理工大學(xué) 2007
[3]激光熔凝和激光熔覆的數(shù)學(xué)模型及數(shù)值分析[D]. 劉振俠.西北工業(yè)大學(xué) 2003

碩士論文
[1]基于超聲沖擊的激光快速成形鎳基高溫合金強(qiáng)化技術(shù)研究[D]. 戚永愛.南京航空航天大學(xué) 2014
[2]316L不銹鋼粉末激光熔覆工藝熱—力耦合數(shù)值模擬[D]. 羅明賢.燕山大學(xué) 2011
[3]不銹鋼焊縫激光沖擊強(qiáng)化試驗(yàn)研究與有限元仿真分析[D]. 寧吉平.江蘇大學(xué) 2010
[4]激光熔覆殘余應(yīng)力場的數(shù)值模擬[D]. 顧建強(qiáng).浙江工業(yè)大學(xué) 2010
[5]激光沖擊處理40Cr鋼及其殘余應(yīng)力場數(shù)值模擬[D]. 郭乃國.江蘇大學(xué) 2007
[6]鈦合金激光搭接焊及數(shù)值模擬[D]. 彭善德.華中科技大學(xué) 2006
[7]激光快速成形過程溫度測量及組織控制研究[D]. 譚華.西北工業(yè)大學(xué) 2005



本文編號：3347424