本文關(guān)鍵詞：Ti合金選擇性激光熔化成型關(guān)鍵技術(shù)的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：選擇性激光熔化技術(shù)(Selective Laser Melting,SLM)加工過(guò)程中的球化反應(yīng)、裂紋孔隙等缺陷一直是制約該技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的瓶頸。Ti合金的機(jī)械性能優(yōu)良、質(zhì)輕、耐熱耐蝕性能好、生物相容性好,在航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。本文以Ti6Al4V(TC4)粉末為實(shí)驗(yàn)材料,針對(duì)其在SLM加工過(guò)程中的球化反應(yīng)、裂紋孔隙等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行研究,以期探究這些問(wèn)題的形成過(guò)程、影響因素及弱化防止措施,具有重要的實(shí)際意義。實(shí)驗(yàn)采用華中科技大學(xué)-武漢濱湖機(jī)電產(chǎn)業(yè)有限公司提供的HRPM-ⅡA型激光快速成型系統(tǒng),分別對(duì)球化反應(yīng)及孔隙裂紋等問(wèn)題進(jìn)行了研究。得知大尺寸球化現(xiàn)象的產(chǎn)生原因?yàn)槿廴谝簯B(tài)金屬與固態(tài)表面潤(rùn)濕性較差,熔融金屬在金屬液表面張力的作用下收縮成球;小尺寸球化則是由加工過(guò)程中的液體飛濺或高能激光束沖擊熔池形成;隨粉末本身含氧量的增加球化現(xiàn)象逐漸明顯,熔池表面漂浮的白色氧化物的量也隨之增加;顆粒較規(guī)則且含氧量低的球形金屬粉末的成形性能要好于形狀不規(guī)則的水霧化金屬粉末;加工環(huán)境中的含氧量越多球化現(xiàn)象越明顯;在熔池吸收的能量較低掃描速度一定時(shí),球化現(xiàn)象隨激光功率增大逐漸減弱;當(dāng)熔池吸收能量較高時(shí)球化現(xiàn)象隨激光功率的增大逐漸明顯;當(dāng)功率一定時(shí),掃描速度越快,激光作用在金屬粉末上的時(shí)間越短,球化現(xiàn)象越明顯;掃描速度過(guò)小會(huì)導(dǎo)致熔池過(guò)燒,加工過(guò)程中的掃描速度至少應(yīng)大于15mm/s;在一定范圍內(nèi)成型面質(zhì)量隨掃描間距的增大逐漸變好,成型面呈現(xiàn)光亮的銀白色金屬光澤;超過(guò)一定限度后隨掃描間距的增大成型面質(zhì)量呈現(xiàn)下降趨勢(shì),比較合適的間距為0.08~0.12mm。在系統(tǒng)所帶掃描方式中,跳轉(zhuǎn)變向掃描方式可以減少或防止部分球化反應(yīng)的發(fā)生,成形效果較好。球化現(xiàn)象隨粉層厚度的增加而逐漸加劇,加工時(shí)的最佳粉層厚度為0.06~0.1mm;大尺寸金屬球的存在,導(dǎo)致鋪粉不均勻,成型面實(shí)際高度高于理論高度,鋪粉誤差的累積會(huì)導(dǎo)致成型指標(biāo)不可控,成型面質(zhì)量越來(lái)越差,成形件傾斜變形、破裂甚至損壞鋪粉輥;同時(shí),球化反應(yīng)會(huì)增加成形件的表面粗糙度,會(huì)有大量孔隙產(chǎn)生,在相鄰金屬球之間的間隙會(huì)夾帶部分未熔金屬粉末,導(dǎo)致所制備出樣品的致密度降低,難以保證零件的精度等。裂紋、孔隙的主要來(lái)源有:球化反應(yīng)、金屬液自身冷卻凝固過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力集中導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生,裂紋擴(kuò)展形成孔隙、熔道搭接不完全或未搭接形成的可控孔隙。在同一加工條件下,球形Ti合金粉末制備的樣件致密度達(dá)86%,明顯高于用棒狀和不規(guī)則形狀Ti合金粉末制備的樣件的73%和53%。但目前條件下制備的金屬樣品致密度還無(wú)法與傳統(tǒng)加工工藝方法制備零件的相比。隨加工環(huán)境中的含氧量增大,成型表面的裂紋數(shù)量逐漸增多,長(zhǎng)度逐漸變大;在一定的掃描速度下,適當(dāng)增加激光功率有助于減少成形件的裂紋及孔隙的出現(xiàn);隨掃描速度增大最長(zhǎng)裂紋尺寸有逐漸增大的趨勢(shì);掃描間距過(guò)小時(shí),成形面的裂紋較多,且裂紋可以在不同熔道之間連接,成形面表面裂紋錯(cuò)綜復(fù)雜;間距過(guò)大沒(méi)有充足的粉末補(bǔ)充熔池,沒(méi)有足夠的金屬液填充相鄰熔道之間的溝壑,容易形成孔隙且熔道上的裂紋很難越過(guò)溝壑與其他熔道上裂紋連接,因此最佳的掃描間距為0.07~0.1mm。鋪粉層厚太大,不僅導(dǎo)致球化反應(yīng)明顯由球化反應(yīng)形成的孔隙數(shù)量增多,也會(huì)因激光束無(wú)法穿透粉層,相鄰成形層之間無(wú)法焊合而出現(xiàn)成型面翹起或脫離,導(dǎo)致加工失敗。對(duì)基板進(jìn)行預(yù)熱或增大能量輸入可適當(dāng)減少孔隙裂紋的出現(xiàn)。
【關(guān)鍵詞】：Ti合金 選擇性激光熔化 球化反應(yīng) 孔隙裂紋 影響因素
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 1 緒論11-17
• 1.1 課題研究背景11-12
• 1.2 課題研究意義12
• 1.3 成形技術(shù)原理12-13
• 1.4 SLM成型技術(shù)的研究進(jìn)展13-15
• 1.5 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)難點(diǎn)15-17
• 1.5.1 研究?jī)?nèi)容15-16
• 1.5.2 技術(shù)難點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)16-17
• 2 TI及TI合金特性的研究17-23
• 2.1 TI的基本性質(zhì)17-18
• 2.1.1 物理性質(zhì)17
• 2.1.2 化學(xué)性能17-18
• 2.2 TI合金的分類及特性18-19
• 2.3 合金元素對(duì)TI性能的影響19
• 2.3.1 α相穩(wěn)定元素19
• 2.3.2 β相穩(wěn)定元素19
• 2.3.3 雜質(zhì)元素19
• 2.4 TI合金熔化凝固機(jī)理19-20
• 2.5 選擇性激光熔化成形過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化研究20-22
• 2.5.1 能量輸入及傳導(dǎo)20-21
• 2.5.2 能量輸入模型21-22
• 2.6 本章小結(jié)22-23
• 3 實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備及實(shí)驗(yàn)方法23-29
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料23
• 3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備23-26
• 3.2.1 光纖激光器24-25
• 3.2.2 真空成型室25
• 3.2.3 軟件系統(tǒng)25-26
• 3.2.4 檢測(cè)設(shè)備26
• 3.3 研究方法及技術(shù)路線26-27
• 3.4 本章小結(jié)27-29
• 4 選擇性激光熔化成形過(guò)程的球化反應(yīng)研究29-47
• 4.1 球化反應(yīng)的基本理論研究29-31
• 4.1.1 球化反應(yīng)的分類29
• 4.1.2 球化反應(yīng)的形成機(jī)理29-30
• 4.1.3 球化反應(yīng)的形成過(guò)程分析30-31
• 4.2 球化反應(yīng)的影響因素31-43
• 4.2.1 粉末特性對(duì)球化反應(yīng)的影響31-33
• 4.2.2 加工環(huán)境對(duì)球化反應(yīng)的影響33-34
• 4.2.3 工藝參數(shù)對(duì)球化反應(yīng)的影響34-43
• 4.3 球化反應(yīng)的危害43-45
• 4.4 本章小結(jié)45-47
• 5 TI合金SLM成形過(guò)程的裂紋、孔隙問(wèn)題研究47-57
• 5.1 裂紋、孔隙的形成機(jī)理47-48
• 5.1.1 球化反應(yīng)形成的孔隙47-48
• 5.1.2 裂紋擴(kuò)展形成的孔隙48
• 5.1.3 熔道未搭接形成的孔隙48
• 5.2 裂紋、孔隙形成的影響因素48-54
• 5.2.1 粉末特性對(duì)裂紋、孔隙反應(yīng)的影響48-49
• 5.2.2 加工環(huán)境對(duì)裂紋、孔隙形成的影響49-50
• 5.2.3 工藝參數(shù)對(duì)裂紋、孔隙形成的影響50-54
• 5.3 本章小結(jié)54-57
• 6 結(jié)論與展望57-59
• 6.1 全文小結(jié)57-58
• 6.2 展望58-59
• 致謝59-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文65-66

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 孫婷婷;楊永強(qiáng);郭明華;;選區(qū)激光熔化316L不銹鋼粉末形貌分析[J];激光雜志;2009年05期

2 劉杰;楊永強(qiáng);王迪;肖冬明;蘇旭彬;;選區(qū)激光熔化成型懸垂結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助工藝參數(shù)優(yōu)化[J];中國(guó)激光;2012年05期

3 李瑞迪;魏青松;劉錦輝;史玉升;袁鐵錘;;選擇性激光熔化成形關(guān)鍵基礎(chǔ)問(wèn)題的研究進(jìn)展[J];航空制造技術(shù);2012年05期

4 姚化山;史玉升;章文獻(xiàn);劉錦輝;黃樹(shù)槐;;金屬粉末選區(qū)激光熔化成形過(guò)程溫度場(chǎng)模擬[J];應(yīng)用激光;2007年06期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 李瑞迪;金屬粉末選擇性激光熔化成形的關(guān)鍵基礎(chǔ)問(wèn)題研究[D];華中科技大學(xué);2010年

2 章文獻(xiàn);選擇性激光熔化快速成形關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2008年

  本文關(guān)鍵詞：Ti合金選擇性激光熔化成型關(guān)鍵技術(shù)的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：346025