熔覆增材制造是在傳統(tǒng)微熔與鑄焊基礎(chǔ)上,使用聚焦的熱能熔化金屬材料并依據(jù)零部件三維模型逐層熔覆制造的過程,包含了“體積增材”和“表面增材”。目前,控制熔覆件內(nèi)部組織質(zhì)量和保證力學(xué)性能是發(fā)展和應(yīng)用該技術(shù)的關(guān)鍵。熔覆體積各區(qū)域熱歷程的不同會產(chǎn)生差異化的微觀組織,并具有組織和力學(xué)性能不均的本質(zhì)特征。為分析熔覆增材樣件的微觀組織和力學(xué)性能,對送絲式電弧增材制造(Wire and Arc Additive Manufacturing,WAAM)、送粉式激光增材制造(Powder and Laser Additive Manufacturing,PLAM)兩種基礎(chǔ)工藝過程展開研究。設(shè)計(jì)搭建了開源低成本W(wǎng)AAM工藝試驗(yàn)系統(tǒng),通過基礎(chǔ)工藝試驗(yàn)從成形性、微觀組織和力學(xué)性能角度評估了其應(yīng)用潛力。在正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,應(yīng)用體積能量近似法確定了WAAM和PLAM熔覆工藝的試驗(yàn)參數(shù),制備出多層多道IN718增材樣塊。結(jié)果表明,在熔覆中實(shí)施強(qiáng)制冷卻能夠高效的制造形狀復(fù)雜且無宏觀缺陷的金屬薄壁件,總輸入能量的合理分配是控制熔覆道是否塌陷的關(guān)鍵。高材料利用率是WAAM工藝比PLAM工藝更為高效的主要原因。在Abaqus軟...

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【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究意義
    1.2 增材制造技術(shù)概述
    1.3 熔覆增材制造技術(shù)及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 熔覆增材制造技術(shù)及研究現(xiàn)狀
        1.3.2 電弧熔覆增材制造技術(shù)
        1.3.3 激光熔覆增材制造技術(shù)
        1.3.4 熔覆增材工藝模擬技術(shù)
    1.4 IN718合金及其熔覆增材組織與力學(xué)性能
        1.4.1 IN718合金的發(fā)展歷史及用途
        1.4.2 IN718合金的微觀組織結(jié)構(gòu)及凝固特點(diǎn)
        1.4.3 IN718合金的熔覆增材組織及性能
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 熔覆增材制造工藝基礎(chǔ)試驗(yàn)研究
    2.1 引言
    2.2 熔覆增材坐標(biāo)系及試驗(yàn)系統(tǒng)
        2.2.1 增材坐標(biāo)系及方向規(guī)定
        2.2.2 送粉式激光增材(PLAM)商業(yè)試驗(yàn)系統(tǒng)
        2.2.3 送絲式電弧增材(WAAM)開源試驗(yàn)系統(tǒng)搭建
    2.3 開源WAAM試驗(yàn)系統(tǒng)增材試驗(yàn)與評價(jià)
        2.3.1 試驗(yàn)材料與方法
        2.3.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
    2.4 IN718合金WAAM和PLAM樣塊熔覆增材試驗(yàn)
        2.4.1 熔覆試驗(yàn)材料
        2.4.2 工藝參數(shù)選擇
        2.4.3 多層多道樣塊增材制備
    2.5 本章小結(jié)
第3章 熔覆增材熱歷程有限元模擬及驗(yàn)證
    3.1 引言
    3.2 熔覆增材制造基礎(chǔ)工藝的Python腳本建模
        3.2.1 總體建模與驗(yàn)證方案
        3.2.2 代表性體積單元(RVE)增材及熔覆搭接區(qū)建模
        3.2.3 模型網(wǎng)格劃分與組裝
        3.2.4 材料熱物性參數(shù)
        3.2.5 熱源模型及其移動方式
        3.2.6 熔覆層動態(tài)熱邊界條件
    3.3 多層多道熔覆增材溫度場模擬及驗(yàn)證
        3.3.1 3L 3P20B塊體溫度場模型
        3.3.2 網(wǎng)格密度敏感性分析
        3.3.3 溫度場驗(yàn)證方法
        3.3.4 模擬與測溫結(jié)果比較
    3.4 本章小結(jié)
第4章 IN718合金熔覆增材微觀組織及宏觀力學(xué)性能
    4.1 引言
    4.2 多層多道IN718合金熔覆增材組織特征
        4.2.1 樣品及表征實(shí)驗(yàn)
        4.2.2 多層多道樣塊試樣橫截面組織形貌
        4.2.3 不同宏觀區(qū)域的微觀組織特征
        4.2.4 WAAM與PLAM熔覆組織偏析及碳化物
    4.3 熔覆態(tài)試樣宏觀微拉伸性能及斷口分析
        4.3.1 拉伸測試
        4.3.2 微拉伸性能
        4.3.3 斷口分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 IN718合金多層多道熔覆增材析出相演變
    5.1 引言
    5.2 固態(tài)相變動力學(xué)模型理論基礎(chǔ)
        5.2.1 JMAK整體轉(zhuǎn)變動力學(xué)模型
        5.2.2 同步轉(zhuǎn)變動力學(xué)
        5.2.3 增材熱歷程數(shù)據(jù)處理
    5.3 IN718合金熔覆增材析出相演變預(yù)測
        5.3.1 熱力學(xué)數(shù)據(jù)
        5.3.2 計(jì)算流程及節(jié)點(diǎn)熱歷程分段精度比較
        5.3.3 多層多道熔覆樣塊試樣信息
        5.3.4 多層多道IN718合金增材樣塊析出相面分布
    5.4 多層多道IN718合金增材樣塊析出相分布驗(yàn)證
        5.4.1 橫截面顯微硬度分布
        5.4.2 微觀組織SEM表征及納米析出相量化方法
        5.4.3 樣品準(zhǔn)備及實(shí)驗(yàn)過程
        5.4.4 SEM圖像表征結(jié)果與討論
        5.4.5 各區(qū)域γ'/γ''相圖像量化與結(jié)果比較
    5.5 本章小結(jié)
第6章 IN718合金熔覆增材樣塊局域彈塑性力學(xué)性能
    6.1 引言
    6.2 微尺度局域塑性力學(xué)性能反演分析方法
        6.2.1 總體表征及反演分析方法
        6.2.2 納米壓痕理論方法
    6.3 納米壓痕實(shí)驗(yàn)及其有限元建模
        6.3.1 儀器及實(shí)驗(yàn)過程
        6.3.2 壓痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
        6.3.3 納米壓痕有限元建模
    6.4 粒子群算法尋優(yōu)
        6.4.1 算法基礎(chǔ)理論與流程
        6.4.2 納米壓痕-FEM-PSO聯(lián)合計(jì)算框架
        6.4.3 算法參數(shù)及設(shè)置
    6.5 多層多道IN718合金熔覆增材樣塊局域塑性性能
        6.5.1 納米壓痕-FEM-PSO算例實(shí)驗(yàn)
        6.5.2 WAAM頂部T試樣算例結(jié)果及討論
        6.5.3 結(jié)果驗(yàn)證及增材樣塊局域塑性性能
    6.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果
致謝



本文編號：3982813