選區(qū)激光熔融因其成形零件精度高、復(fù)雜度不受限、成形性能優(yōu)異等優(yōu)勢,成為金屬3D打印應(yīng)用最為廣泛的一種粉床類工藝,在航空航天、國防軍工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但在鋁合金的SLM方面,成熟的材料僅局限于AlSi10Mg合金,且其力學性能尚不能滿足一些中高強結(jié)構(gòu)件的需求,因此對高強鋁合金的選區(qū)激光熔融工藝提出了迫切的研制需求。本文針對具有析出相顆粒增強效應(yīng)的Al-Mg-Sc-Zr高強鋁合金的選區(qū)激光熔融工藝開展如下研究:探索Al-Mg-Sc-Zr合金選區(qū)激光熔融成形過程中,激光功率、掃描速度等關(guān)鍵工藝參數(shù)對成形件致密度、表面粗糙度和組織性能的影響規(guī)律,獲得了易于合金成形且成形合金性能優(yōu)異的工藝參數(shù)窗口。成形合金的組織為熔池邊界亞微米級的細小等軸晶和由邊界向內(nèi)部生長的微米級細長柱狀晶,主要物相為過飽和固溶了 Mg、Sc、Zr等元素的α-Al相;成形合金的抗拉強度與致密度正相關(guān),隨治金缺陷增多而降低。經(jīng)優(yōu)化的SLM工藝參數(shù)為:激光功率300W、掃描速度800mm/s、掃描間距0.15mm、層厚度30μm、層間轉(zhuǎn)角67°;在此成形工藝下,獲取了致密度到達到99.84%、抗拉強度338MPa、斷后伸... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１選區(qū)激光熔融的工藝原理圖??高強鋁合金的選區(qū)激光熔融增材制造還很不成熟

的潤濕性問題，熔滴與基底的潤濕性較差會造成嚴重的球化現(xiàn)象，??以致層間搭接不良、影響鋪粉與表面質(zhì)量。金屬液體與周圍氣體、成形固體的界面張力??影響著焴化后金屬液滴的形狀，由Ｙｏｕｎｇ方程可知，??ｃｏｓｅ＝Ｚｓｖｚ＾?（１－２）??（＾ＬＶ??式（１－２）中０為浸潤角；為液－氣界面張力（Ｎ／ｍ）；?為固－氣界面張力（Ｎ／ｍ）；??％?為固－液界面張力（Ｎ?／?ｍ）。潤濕角的大小反映了液體對固態(tài)表面的浸潤程度，潤濕角越??小，潤濕性越好。若〇＾＞仏，則〇＜０＜９〇°，表面潤濕情況如圖１．２（ａ）所示，熔融金屬??較穩(wěn)定地鋪展在凝固金屬表面。當０＞９〇°時，表面潤濕情況如圖１．２（ｂ）所示，固－液、固??－氣、液－氣表面張力形成合力，合力指向熔融液體內(nèi)部，導致固－液不潤濕，熔融金屬的??鋪展不穩(wěn)定。??（ａ）?（７ｌｖ?（ｂ）??＞?氣體?￥?氣體??ａｓｖ?ｆｆｓｖ?Ｉ?Ｊ??＼＼＼＂＼＼＼＼?＼＼＼＼Ｖ＼＼??固體?固體??圖１．２潤濕現(xiàn)象：（ａ）金屬液潤濕基體；（ｂ）金屬液不潤濕基體??４??

研究??中北大學的張格等從金屬液與固體界面的潤濕性和液滴ｔ濺兩方面分析了球化現(xiàn)??象，認為選用細小均勻的粉末及使用較大能量密度可抑制球化現(xiàn)象１３７１。華南理工大學的??楊永強等分析了金屬熔池球化的演變機制及抑制措施，將烙池分為閣１．３所示的丨？．部熔??池和下部熔池，認為上部熔池在表面張力作用卜總有球化趨勢，而增大下部熔池則有助??ｒ？消除丨？．部熔池的球化現(xiàn)象１３８１。??上部熔池?第二類液間界面?粉末顆粒??＼?＼?ｒｐｕ－Ｃｈ?／??掃描方Ｈ?＠?第一類液固界面??圖１．３激光熔融粉末后上部熔池球化演變圖??就熔池凝同過程晶休的生長Ｈ題，ＳＬＭ過程中熔融金厲的凝凼過稈４激光焊接原??理相Ｎ。激光的能Ｍ：密度對粉末材料的作）丨］時間決定ＳＬＭ過稅的狀態(tài)，Ｍ之對應(yīng)／啡??？的溫；奴弟度（Ｇ），凝丨々丨速中．（Ｒ）和冷卻速牛：（ｄＴ／ｄｔ?＝?ＧＲ）。比丨｜＇｜：Ｇ／Ｒ增加會Ｗ■？致??凝Ｎ結(jié)品形態(tài)從枝晶到胞晶逐漸變化，并不斷向前少長。此外，冷卻速度（ＧＲ）越大，??過冷程度越大，產(chǎn)生的晶粒也會更細校因此，參數(shù)（Ｇ／Ｒ）和（ＧＲ）分別控制微觀??結(jié)構(gòu)的類型和微觀結(jié)構(gòu)的尺度。在ＳＬＭ中，瞬態(tài)非平衡的金屬液體在快速凝同過利會??出現(xiàn)異質(zhì)形核和外延斗：長１３９１熔池邊界的溫度梯度大，凝固速率快，因此通常異質(zhì)形核，??均勻形成細小的等軸品；而熔池內(nèi)部溫度梯度小，凝凼速度相對較慢，因此Ｍ常會沿著??％軸品外延屮氏形成枝品，如圖１．４所示。因此ＳＬＭ成形金Ｍ的微觀纟丨１織較為特別，成??形合金的性能也因此而產(chǎn)４：?ｆ外向異忭｜４（）｜。??馳??外延結(jié)品??圖１．４快速非平衡凝固過程中晶體的外延生長??５??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鋁合金選區(qū)激光熔化精密成形及其在航空領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 甘武奎,彭金貴,李仕豪,夏文強,汪志太,徐志鋒.  航空制造技術(shù). 2019(16)
[2]增材制造（3D打�。┓诸惣把芯窟M展[J]. 楊延華.  航空工程進展. 2019(03)
[3]高強鋁合金增材制造技術(shù)的研究進展[J]. 鄒田春,歐堯,秦嘉徐.  熱加工工藝. 2018(20)
[4]熱處理對選區(qū)激光熔化成形AlSi10Mg合金顯微組織及力學性能的影響[J]. 余開斌,劉允中,楊長毅.  粉末冶金材料科學與工程. 2018(03)
[5]基于SLM的工藝參數(shù)對TC4合金成形件性能的影響[J]. 黃建國,余歡,徐志鋒,汪志太,劉志權(quán).  特種鑄造及有色合金. 2018(04)
[6]金屬增材制造技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J]. 周宸宇,羅嵐,劉勇,吳進.  熱加工工藝. 2018(06)
[7]選區(qū)激光熔化鋁合金基底表面形貌對軌道潤濕行為的影響（英文）[J]. Jie LIU,Dong-dong GU,Hong-yu CHEN,Dong-hua DAI,Han ZHANG.  Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2018(02)
[8]SLM激光快速成型Al-Si合金組織及力學性能分析[J]. 康夢瑤,白培康,劉斌.  熱加工工藝. 2018(02)
[9]鈦及鈦合金激光選區(qū)熔化技術(shù)的研究進展[J]. 李俊峰,魏正英,盧秉恒.  激光與光電子學進展. 2018(01)
[10]金屬零件激光選區(qū)熔化技術(shù)的現(xiàn)狀及進展[J]. 楊永強,陳杰,宋長輝,王迪,白玉超.  激光與光電子學進展. 2018(01)

博士論文
[1]AlCu5MnCdVA鋁合金的激光選區(qū)熔化成形熔凝行為研究[D]. 胡志恒.華中科技大學 2018
[2]Al-Mg-Sc和Al-Mg-Sc-Zr合金的性能與組織結(jié)構(gòu)研究[D]. 潘青林.中南工業(yè)大學 2000

碩士論文
[1]選區(qū)激光熔化成形鎳基合金結(jié)構(gòu)的工藝研究[D]. 錢雪立.青島理工大學 2016



本文編號：3318985