【摘要】：選區(qū)激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技術(shù)是增材制造領(lǐng)域的重要發(fā)展方向,該技術(shù)以高能量激光束為能量源,通過對二維選擇性熔化,累加成形三維實體,與傳統(tǒng)機加工相比,在加工復(fù)雜形狀金屬零件時,利用“降維”的方式,將復(fù)雜三維實體通過二維掃描分層成形,不受加工位置的限制,成形工藝簡單、適用性廣。當(dāng)前,SLM技術(shù)已廣泛用于航空航天、汽車、生物醫(yī)療等領(lǐng)域,但研究多集中于不銹鋼與鈦合金粉末,對鎳基高溫合金直接成形研究較少,其熔化成形特性、工藝控制與優(yōu)化、結(jié)構(gòu)成形工藝等有待深入探討。本文采用Ni60粉末為成形材料,對選區(qū)激光熔化技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)研究。首先,利用有限元軟件對成形過程溫度場進(jìn)行模擬,確定了激光能量與單層粉末熔深的映射關(guān)系。其次,通過單道單層成形實驗對激光頻率、脈沖寬度、掃描速度、離焦量進(jìn)行單因素分析,得到了各參數(shù)對熔道成形尺寸的工藝規(guī)律;研究了軌跡搭接率與傾斜角度對成形質(zhì)量的影響規(guī)律;確定了不同工藝參數(shù)下線能量輸入與粉末成形規(guī)律之間的關(guān)系,并通過正交實驗分析獲得了各參數(shù)對成形穩(wěn)定性的影響程度;最后,通過優(yōu)選的工藝參數(shù),對典型樣件進(jìn)行加工實驗,得到了成形精度良好的特征結(jié)構(gòu),并對沉積材料的硬度、微觀組織、致密性等指標(biāo)進(jìn)行了分析測試。研究結(jié)果表明:當(dāng)搭接率為50%時,相鄰熔道間搭接緊密,成形質(zhì)量最佳;當(dāng)成形傾斜結(jié)構(gòu)與水平夾角大于33°時,所成形的傾斜結(jié)構(gòu)不易出現(xiàn)變形、下陷等缺陷;正交分析表明,對成形質(zhì)量的影響順序依次為掃描速度脈沖寬度激光頻率;硬度測試結(jié)果顯示,成形硬度在兩個方向出現(xiàn)相異性,平行剖面的硬度值在580-620HV之間,而垂直剖面的硬度值在610-640HV之間,且層間硬度高于層內(nèi)硬度;選擇優(yōu)化的激光工藝參數(shù)與掃描軌跡,獲得了致密的金屬零件。由于分層單層層厚較小,有效減少了成形中的缺陷,微觀組織無明顯缺陷,致密度達(dá)到97.49%。
[Abstract]:Selective laser melting (Selective Laser Melting,SLM) technology is an important development direction in the field of material augmentation manufacturing. The technology takes high energy laser beam as the energy source, and by selectively melting two-dimensional, accumulates and forms three-dimensional solid, compared with traditional machining. In the process of machining metal parts with complex shape, the complex three-dimensional solid is formed by two-dimensional scanning and stratification by "dimensionality reduction", which is not limited by machining position, and the forming process is simple and applicable. At present, SLM technology has been widely used in aerospace, automobile, biomedical and other fields, but the research is mostly focused on stainless steel and titanium alloy powder, and the research on direct forming of nickel-based superalloy is less, its melting forming characteristics, process control and optimization. The structure forming technology needs to be discussed deeply. In this paper, Ni60 powder is used as the forming material, and the selective laser melting technology is studied systematically. Firstly, the temperature field of the forming process is simulated by the finite element software, and the mapping relationship between laser energy and the penetration depth of the single layer powder is determined. Secondly, single factor analysis of laser frequency, pulse width, scanning speed and defocus is carried out through single-pass single-layer forming experiment. The influence of trajectory lap ratio and tilt angle on forming quality was studied, and the relationship between linear energy input and powder forming law under different process parameters was determined. The influence of each parameter on the forming stability is obtained by orthogonal experiment. Finally, through the processing experiment of the typical sample, the characteristic structure with good forming accuracy is obtained, and the hardness of the deposited material is obtained. The microstructures and densification were analyzed and tested. The results show that when the lap ratio is 50, the overlap between adjacent fuses is close and the forming quality is the best. When the angle between the formed inclined structure and the horizontal angle is greater than 33 擄, the formed inclined structure is not easy to be deformed, and the defects such as subsidence are not easy to occur, and the orthogonal analysis shows that, The order of influence on forming quality is laser frequency of scanning velocity pulse width, hardness test results show that the hardness is different in two directions, the hardness value of parallel profile is between 580-620HV, and the hardness value of vertical section is between 610-640HV. The interlayer hardness is higher than that of the inner layer, and the dense metal parts are obtained by selecting the optimized laser process parameters and scanning track. Because of the small thickness of the laminated single layer, the defects in the forming process are effectively reduced, and the microstructure has no obvious defect, and the density reaches 97.49%.
【學(xué)位授予單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG665

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本文編號：2231922