本文關(guān)鍵詞：激光選區(qū)熔化Ni 625合金工藝基礎(chǔ)研究

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【摘要】：航空航天產(chǎn)品需要長(zhǎng)壽命、高可靠性,又要滿足高強(qiáng)度和輕量化的需求,往往結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,對(duì)金屬合金材料加工技術(shù)要求也很高。激光選區(qū)熔化(Selective laser melting,SLM)直接熔化成形復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件,制造速度快,產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期小,適合航空航天領(lǐng)域中鎳基高溫合金的直接制造。本文以鎳基高溫合金——Ni 625為研究材料,主要研究了:(1)SLM成形Ni 625工藝優(yōu)化,獲得最優(yōu)工藝窗口:激光功率P=150w、掃描速度V=500mm/s、掃描間距D=0.07mm,激光線能量密度E=267.85 J/mm3,獲得制件相對(duì)致密度99.4%。擬合出激光能量密度和塊體致密度兩者之間數(shù)學(xué)關(guān)系,通過(guò)極差分析可知掃描速度對(duì)相對(duì)致密度的影響更大。(2)SLM成形Ni 625合金微裂紋特征、產(chǎn)生原因及抑制工藝。結(jié)果表明,SLM成形的Ni 625合金易形成微裂紋,裂紋長(zhǎng)度最大約100 um。在SLM過(guò)程中,快速凝固導(dǎo)致Nb、Mo元素產(chǎn)生局部偏析,形成(γ+Laves)共晶。同時(shí)由于高溫度梯度造成應(yīng)力,在脆性相Laves周圍形成應(yīng)力集中,導(dǎo)致沿晶開(kāi)裂。殘余應(yīng)力測(cè)試表明基板預(yù)熱有效降低殘余應(yīng)力,利于抑制裂紋產(chǎn)生和擴(kuò)展,隨著預(yù)熱溫度的升高,裂紋數(shù)量逐漸減少,300℃預(yù)熱時(shí)裂紋數(shù)量最少。(3)SLM成形Ni 625合金為微宏觀性能。SLM成形Ni 625合金組織為細(xì)長(zhǎng)柱狀晶,不同成形面表現(xiàn)出不同的微觀組織特征:豎直截面為柱狀組織,水平截面為胞狀組織,平均尺寸在0.5um左右。分析認(rèn)為,冷卻速度及溫度梯度都比較大,結(jié)晶主干彼此平行沿著熱量散失的反方向生長(zhǎng),側(cè)向生長(zhǎng)完全被抑制,最終形成了穿越層層邊界的柱狀晶。XRD相分析表明,SLM成形的Ni 625合金由γ基體和脆性Laves相構(gòu)成。研究合金拉伸性能、各向異性等宏觀力學(xué)性能。拉伸性能體現(xiàn)出高強(qiáng)度低塑性的特點(diǎn),室溫拉伸強(qiáng)度(936.34MPa)超過(guò)同質(zhì)退火態(tài)鍛件標(biāo)準(zhǔn)(827MPa),但是延伸率(7.22%),遠(yuǎn)低于鍛件標(biāo)準(zhǔn)(30%)。隨著預(yù)熱溫度的上升,拉伸力學(xué)性能有提高趨勢(shì)。預(yù)熱300℃性能均達(dá)到最好:拉伸強(qiáng)度相對(duì)常溫時(shí)提高近21.2%,延伸率提高近33.6%。結(jié)果證明,基板預(yù)熱是提高力學(xué)性能的有效途徑。另外研究力學(xué)各向異性問(wèn)題,拉伸強(qiáng)度沿水平方向高于沿豎直方向約5.2%,延伸率高約4.3%。分析認(rèn)為,層間邊界是SLM沉積過(guò)程中的性能弱區(qū),容易產(chǎn)生裂紋,裂紋沿層層邊界進(jìn)行擴(kuò)展,這是導(dǎo)致沿豎直方向拉伸樣力學(xué)性能較差的主要原因。綜上所述,本研究以Ni 625合金為成形材料,優(yōu)化成形工藝參數(shù)、分析宏微觀性能,并通過(guò)預(yù)熱工藝消除缺陷,提高性能。研究結(jié)果為SLM成形高溫合金零件實(shí)踐應(yīng)用提供良好的思路和建議。
【關(guān)鍵詞】：激光選區(qū)熔化 Ni 625合金 工藝優(yōu)化 基板預(yù)熱 微觀組織 裂紋 力學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V261.8
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-26
• 1.1 引言11-13
• 1.2 激光選區(qū)熔化簡(jiǎn)介13-15
• 1.3 鎳基高溫合金SLM研究現(xiàn)狀概述15-21
• 1.4 預(yù)熱工藝對(duì)激光增材制造零件性能影響21-23
• 1.5 課題內(nèi)容、目的及意義23-26
• 2 實(shí)驗(yàn)材料與方法26-30
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料26-27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)裝備27-28
• 2.3 表征及分析方法28-30
• 3 SLM成形Ni 625合金工藝優(yōu)化30-38
• 3.1 引言30
• 3.2 工藝優(yōu)化30-36
• 3.3 本章小結(jié)36-38
• 4 SLM成形Ni 625合金裂紋特征及抑制工藝38-47
• 4.1 裂紋綜述38
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法38-39
• 4.3 裂紋形貌及形成原因39-45
• 4.4 本章小結(jié)45-47
• 5 SLM成形Ni 625合金性能分析47-64
• 5.1 引言47
• 5.2 微觀組織47-54
• 5.3 拉伸性能54-59
• 5.4 各向異性59-61
• 5.5 硬度61-62
• 5.6 本章小結(jié)62-64
• 6 結(jié)論與展望64-67
• 6.1 研究結(jié)論64-66
• 6.2 研究展望66-67
• 致謝67-68
• 參考文獻(xiàn)68-75
• 附錄 攻讀碩士期間撰寫的學(xué)術(shù)論文與專利75

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