選區(qū)激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)是一種快速增材制造技術(shù),利用“離散-堆積”原理,通過逐層打印的方法構(gòu)造三維實體。其在復雜異型結(jié)構(gòu)、傳統(tǒng)方法無法制造的復雜構(gòu)件及工件制造的快速響應(yīng)具有極大的優(yōu)勢,將選區(qū)激光熔化技術(shù)與模具制造相結(jié)合,能夠解決傳統(tǒng)方法加工過程中存在的長周期、高成本、難加工等難題。本文以18Ni300合金和H13合金為試驗材料,通過研究和優(yōu)化成形工藝、熱處理規(guī)范以提高構(gòu)件的打印質(zhì)量,優(yōu)化工藝和復合加工方法。利用光學顯微鏡(OM)和掃描電鏡(SEM)觀察了 SLM成形模具鋼的顯微組織和斷口形貌,背散射電子衍射(EBSD)和X射線衍射分析(XRD)對物相組成和晶粒取向進行了分析。本文首先研究了主要工藝參數(shù)(激光掃描速度、激光功率和掃描間距)對SLM成形件的致密度、微觀硬度和宏觀硬度的影響。SLM成形18Ni300合金試樣和H13合金試樣致密度最大值分別可達99.19%和97.13%。對應(yīng)的工藝參數(shù)分別為:掃描速度v=2000mm/s,激光功率p=450W,掃描間距h=50μm和v=2500mm/s;p=450W;h=70μm。工藝參數(shù)對SLM成形件致密度的影響可以總結(jié)為輸入激光能量密度對致密度的影響。基于以上,在最優(yōu)的工藝參數(shù)下,利用SLM工藝制備出致密度較高的模具鋼試樣進行顯微組織觀察和相關(guān)力學性能測試。研究發(fā)現(xiàn),SLM成形模具鋼組織晶粒尺寸細小,直徑約1μm,主要為等軸晶和柱狀晶,晶粒生長順利跨過層界,達到緊密的冶金結(jié)合狀態(tài)。其中18Ni300合金中相組成除了 bcc結(jié)構(gòu)外的馬氏體,還存在部分未轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體,SLM成形18Ni300合金平均顯微硬度約為368HV0.5,高出鑄態(tài)51HV0.5。抗拉強度為1156MPa,伸長率為10.5%,與同樣未經(jīng)時效處理的鍛態(tài)18Ni300鋼力學性能相當。SLM成形H13合金存在輕微的成分偏析情況,主要包含bcc結(jié)構(gòu)的馬氏體相和fcc結(jié)構(gòu)的殘余奧氏體,SLM成形H13合金的硬度為54HRC,抗拉強度為1191MPa,伸長率為3.5%,韌性較低。為改善成形模具鋼性能,針對SLM成形的18Ni300合金和H13合金制定了各自的熱處理工藝,并進行了相關(guān)組織和性能分析。經(jīng)過490℃/6h時效處理后,SLM成形18Ni300合金力學性能得到顯著提高,抗拉強度由未時效SLM態(tài)的1156MPa,提高到時效后的2034MPa,但斷裂形式轉(zhuǎn)變成了完全的脆性斷裂,伸長率下降明顯,顯微硬度由時效前的368HV0.5提高到629HV0.5。組織中出現(xiàn)了部分逆轉(zhuǎn)變奧氏體。對于SLM成形H13合金,對其進行回火或淬火+回火處理,并與傳統(tǒng)鍛造成形件對比,發(fā)現(xiàn)組織中殘余奧氏體發(fā)生分解,轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體,同時減輕了成形件中的殘余應(yīng)力;經(jīng)過回火處理的SLM成形H13合金試樣的抗拉強度由熱處理前的1191MPa上升到1751MPa,硬度略微降至53HRC,伸長率的上升和硬度的略微下降對比傳統(tǒng)的加工熱處理方法,SLM成形的H13合金在經(jīng)過回火處理后有了較高的強度和硬度。
【學位單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG665;TG142.1
【部分圖文】：

Ｘ、Ｙ方向移動??圖１．２激光近凈成形：（ａ）示意圖；（ｂ）應(yīng)用??Ｆｉｇ．?１．２?Ｌａｓｅｒ?Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ?Ｎｅｔ?Ｓｈａｐｉｎｇ，?ＬＥＮＳ：?（ａ）?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ，?（ｂ）?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＬＥＮＳ??激光近凈成形原理是先將需要加工的零件進行ＣＡＤ建模，然后在水平方向??上對模型進行切片處理生成截面數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)信息輸入控制系統(tǒng)，即可控制噴頭??

時可以在滿足產(chǎn)品使用性能的前提下，降低原材料的使用和減少損耗，使生產(chǎn)速??度大大提高［３］。目前，增材制造技術(shù)主要應(yīng)用于工業(yè)制造、航空航天、國防軍工??和生物醫(yī)療等方面，如圖１．１。??目前，金屬材料增材制造技術(shù)主要有如下幾種【５＿力：１〉選區(qū)激光熔化（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ??Ｌａｓｅｒ?Ｍｅｌｔｉｎｇ，?ＳＬＭ），主要應(yīng)用于復雜金屬零件的加工制造，如合金牙冠、精密??模具、醫(yī)用植入物等；２）激光近凈成形（Ｌａｓｅｒ?Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ?Ｎｅｔ?Ｓｈａｐｉｎｇ，ＬＥＮＳ?），??主要用于飛機用大型金屬構(gòu)件，如圖１．２；?３）電子束選區(qū)溶化（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ?Ｂｅａｍ??Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ?Ｍｅｌｔｉｎｇ，?ｒｏＳＭ?），主要應(yīng)用于航空航天大型金屬結(jié)構(gòu)件的制造，如圖１．３。??激光近凈成形技術(shù)又稱激光溶覆快速制造技術(shù)，它是激光熔覆技術(shù)與快速原??型技術(shù)的結(jié)合，由美國Ｓａｎｄｉａ國家實驗室的Ｄａｖｉｄ?Ｋｅｉｃｈｅｒ發(fā)明。ＬＥＮＳ技術(shù)可??以用來制造具有復雜結(jié)構(gòu)的金屬零件或模具

熔池位置??、Ｘ、Ｙ方向移動??圖１．２激光近凈成形：（ａ）示意圖；（ｂ）應(yīng)用??Ｆｉｇ．?１．２?Ｌａｓｅｒ?Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ?Ｎｅｔ?Ｓｈａｐｉｎｇ，?ＬＥＮＳ：?（ａ）?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ，?（ｂ）?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＬＥＮＳ??激光近凈成形原理是先將需要加工的零件進行ＣＡＤ建模，然后在水平方向??上對模型進行切片處理生成截面數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)信息輸入控制系統(tǒng)，即可控制噴頭??和基板的移動。待熔融的粉末由惰性氣體送入噴頭，當粉末落入噴嘴附近時，經(jīng)??激光的加熱作用熔化落入熔池并在基板上堆積。一層掃描結(jié)束后，噴頭上升一個??３??
【參考文獻】

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1 麥淑珍;楊永強;王迪;;激光選區(qū)熔化成型NiCr合金曲面表面形貌及粗糙度變化規(guī)律研究[J];中國激光;2015年12期

2 林鑫;黃衛(wèi)東;;高性能金屬構(gòu)件的激光增材制造[J];中國科學:信息科學;2015年09期

3 孫慕松;宮俊霞;宋文植;;3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用[J];世界復合醫(yī)學;2015年02期

4 湯慧萍;王建;逯圣路;楊廣宇;;電子束選區(qū)熔化成形技術(shù)研究進展[J];中國材料進展;2015年03期

5 闞文斌;林均品;;增材制造技術(shù)制備鈦鋁合金的研究進展[J];中國材料進展;2015年02期

6 趙劍峰;馬智勇;謝德巧;韓雪謙;肖猛;;金屬增材制造技術(shù)[J];南京航空航天大學學報;2014年05期

7 張金祥;黃進峰;王和斌;盧林;崔華;張濟山;;噴射成形H13鋼的組織與力學性能[J];金屬學報;2014年07期

8 曾光;韓志宇;梁書錦;張鵬;陳小林;張平祥;;金屬零件3D打印技術(shù)的應(yīng)用研究[J];中國材料進展;2014年06期

9 李小麗;馬劍雄;李萍;陳琪;周偉民;;3D打印技術(shù)及應(yīng)用趨勢[J];自動化儀表;2014年01期

10 姚妮娜;彭雄厚;;3D打印金屬粉末的制備方法[J];四川有色金屬;2013年04期

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3 章文獻;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;2008年

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3 康凱;選區(qū)激光成形用18Ni-300粉末特性及成形件組織結(jié)構(gòu)的研究[D];重慶大學;2014年

4 曹潤辰;18Ni300馬氏體時效鋼選區(qū)激光熔化工藝及金屬粉末激光熔化實驗研究[D];上海交通大學;2014年

5 楊策;激光近凈成形Al_2O_3/SiC復相陶瓷材料的研究[D];大連理工大學;2013年

本文編號：2892549