本文關(guān)鍵詞：激光3D打印Ni基合金微結(jié)構(gòu)研究及數(shù)值模擬

  更多相關(guān)文章： 3D打印 微結(jié)構(gòu) 80Ni20Cr合金 Inconel 718合金 溫度場

【摘要】：3D打印是一種先進(jìn)的數(shù)字化制造技術(shù),它通過逐層堆積的方式來制造三維實(shí)體零件。激光3D打印技術(shù)作為3D打印的一個(gè)研究熱點(diǎn),具有材料利用率高、加工柔性高、加工周期短以及不受零件幾何外形限制等優(yōu)點(diǎn),尤其適合制造小批量、形狀復(fù)雜的零件,在航空航天、醫(yī)療、汽車、船舶、核電等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。目前,激光3D打印技術(shù)相關(guān)理論仍不完善,激光3D打印樣件殘余應(yīng)力較大,容易出現(xiàn)開裂、塌陷等問題。使用激光熔化沉積技術(shù)打印80Ni20Cr合金及Inconel 718合金樣件,并通過掃描電鏡(SEM)、金相顯微鏡(OM)、X射線衍射儀(XRD)、透射電鏡(TEM)對合金樣的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,分析樣件內(nèi)部缺陷形成機(jī)理及晶粒生長情況;使用顯微維氏硬度儀及萬能試驗(yàn)機(jī)測試合金樣的力學(xué)性能,并結(jié)合合金樣的微觀結(jié)構(gòu)分析不同工藝下合金樣力學(xué)性能不同的原因。建立激光熔化沉積過程中的移動熱源模型,并使用ANSYS對Inconel 718合金激光熔化沉積過程溫度場進(jìn)行模擬,模擬不同工藝下單道的溫度場分布及形貌,以及工藝參數(shù)為P=500w、v=5mm/s、搭接率為20%的單層溫度場分布及形貌,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析樣件中缺陷的形成原因。研究結(jié)果表明:層-層正交工藝打印的80Ni20Cr合金樣件綜合性能要優(yōu)于層-層同向打印樣件,樣件具有更好的微結(jié)構(gòu)特征;合金樣件中主要的晶粒為柱狀晶粒,柱狀晶沿著激光沉積路徑生長,在打印件底部存在少量等軸晶;樣件成分為溶質(zhì)Cr溶于溶劑Ni的固溶體;層-層正交工藝打印的80Ni20Cr合金樣件的抗拉強(qiáng)度為410Mpa,硬度為406HV 0.2;層-層正交工藝打印樣件拉伸斷口表現(xiàn)為包含穿晶斷裂和沿晶斷裂的混合斷裂特征,層-層同向工藝打印樣件的斷口表現(xiàn)為以沿晶斷裂為主,包含少量穿晶斷裂。激光3D打印Inconel 718合金單道的寬度和高度隨著激光功率的增加而增加,隨著激光掃描速度的增加而減小;隨著激光功率的增加,打印樣件的孔隙從2.6%減小到1.3%,樣件更加致密;樣件上的裂紋主要集中在樣件底部,薄壁墻樣件裂紋容易沿沉積高度方向擴(kuò)展,形成宏觀裂紋,立方體樣件的裂紋較難跨過不同層,在側(cè)面難以形成宏觀裂紋;立方體沉積樣側(cè)面的晶粒以柱狀晶為主,且柱狀晶的分布較為無序。通過對激光熔化沉積過程有限元模擬發(fā)現(xiàn):單道模擬結(jié)果同實(shí)驗(yàn)結(jié)果保持一致,隨著激光功率的增加,熔池逐漸變大,沉積單道的寬度和高度變大,沉積單道中心處的熔化-凝固時(shí)間變長;隨著掃描速度的增加,沉積單道的寬度和高度變小,沉積單道中心處冷卻速度變快。單層沉積過程中,激光能量存在一定的滯后性,激光光斑前端能量低,粉末較難熔化;在激光移動拐角處,激光束能量容易集中,形成拐角處凸起;在單道搭接處,熔池溫度較低,粉末熔化不充分,容易出現(xiàn)孔隙、凹陷。
【關(guān)鍵詞】：3D打印 微結(jié)構(gòu) 80Ni20Cr合金 Inconel 718合金 溫度場
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.15;TG665
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 激光 3D打印技術(shù)9-13
• 1.1.1 激光 3D打印技術(shù)簡介9-10
• 1.1.2 激光 3D打印技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2 激光 3D打印數(shù)值模擬13-15
• 1.2.1 數(shù)值模擬及有限元分析13-14
• 1.2.2 激光 3D打印數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.3 激光熔化沉積模擬中的難點(diǎn)15
• 1.3 選題的背景和意義15-16
• 1.4 課題主要研究內(nèi)容16
• 1.5 本章小結(jié)16-18
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料及方案18-28
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備18-20
• 2.1.1 激光 3D打印設(shè)備18-19
• 2.1.2 分析測試設(shè)備19-20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料20-21
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方案21-25
• 2.3.1 激光熔化沉積 80Ni20Cr合金樣件工藝參數(shù)22-23
• 2.3.2 激光熔化沉積Inconel 718合金樣件工藝23-25
• 2.4 分析測試方法25-27
• 2.4.1 密度25-26
• 2.4.2 組織性能26
• 2.4.3 XRD衍射分析26
• 2.4.4 拉伸性能26-27
• 2.4.5 微觀硬度27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第三章 激光熔化沉積 80Ni20Cr合金微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能研究28-37
• 3.1 引言28
• 3.2 打印樣件形貌及密度28-30
• 3.2.1 樣件形貌28-29
• 3.2.2 密度29-30
• 3.3 微觀組織30-32
• 3.3.1 顯微組織30-31
• 3.3.2 XRD衍射分析31-32
• 3.4 力學(xué)性能32-35
• 3.4.1 微觀硬度32-33
• 3.4.2 拉伸性能及斷口形貌33-35
• 3.5 本章小結(jié)35-37
• 第四章 激光熔化沉積Inconel 718合金成形控制及微觀結(jié)構(gòu)研究37-49
• 4.1 引言37
• 4.2 激光熔化沉積Inconel 718合金成形控制37-42
• 4.2.1 激光功率對單道形貌的影響38-40
• 4.2.2 激光掃描速度對單道形貌影響40-42
• 4.3 激光熔化沉積Inconel 718合金表面形貌和密度42-45
• 4.3.1 樣件形貌42-44
• 4.3.2 密度和孔隙率44-45
• 4.4 激光熔化沉積Inconel 718合金微觀結(jié)構(gòu)研究45-48
• 4.4.1 微裂紋45-47
• 4.4.2 金相組織47
• 4.4.3 物相分析47-48
• 4.5 本章小結(jié)48-49
• 第五章 激光熔化沉積Ni基合金溫度場數(shù)值模擬49-71
• 5.1 引言49
• 5.2 激光熔化沉積有限元理論分析及模型49-55
• 5.2.1 激光熔化沉積過程傳熱模型49-50
• 5.2.2 激光移動熱源模型50-52
• 5.2.3 熱物性參數(shù)52-55
• 5.2.4 熔化潛熱的處理55
• 5.3 激光熔化沉積Inconel 718合金溫度場模擬有限元模型及求解55-59
• 5.3.1 激光熔化沉積Inconel 718合金溫度場模擬有限元模型57-58
• 5.3.2 表面效應(yīng)單元58
• 5.3.3 生死單元技術(shù)58-59
• 5.3.4 基本假設(shè)59
• 5.4 激光熔化沉積Ni基合金溫度場數(shù)值模擬結(jié)果59-68
• 5.4.1 不同功率激光熔化沉積Inconel 718合金單道溫度場及形貌59-62
• 5.4.2 不同掃描速度激光熔化沉積Inconel 718合金單道溫度場及形貌62-65
• 5.4.3 激光熔化沉積Inconel 718合金單層溫度場模擬結(jié)果65-68
• 5.5 模擬結(jié)果驗(yàn)證68-69
• 5.6 模擬中存在的不足69-70
• 5.7 本章小結(jié)70-71
• 第六章 總結(jié)71-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及研究成果76-77
• 致謝77-78

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本文編號：730956