24CrNiMo合金鋼選區(qū)激光熔化成形與后熱處理研究
發(fā)布時間：2021-01-05 09:40
選區(qū)激光熔化技術（Selective laser melting,SLM）是現今最受關注并且發(fā)展最為迅速的激光增材制造技術,廣泛應用于精密度高、結構復雜的個性化金屬零部件的制備。目前,國內外對SLM直接成形工業(yè)上廣泛使用的低合金鋼零部件缺乏系統(tǒng)性研究,對其典型結構特征及熱處理工藝的研究較少,尚未推廣應用。本課題基于以上現狀,重點研究了 SLM成形24CrNiMo合金鋼的基礎工藝、組織性能調控及后熱處理工藝優(yōu)化,主要得到以下結論:SLM成形24CrNiMo合金鋼熔覆層主要分為兩個區(qū)域:熔池區(qū)和熱影響區(qū),顯微組織主要為回火馬氏體和少量殘余奧氏體。熔池區(qū)可觀察到孿晶馬氏體和大量θ-Fe3C;熱影響區(qū)的馬氏體板條明顯寬化,且在板條間形成塊狀殘余奧氏體。隨著激光功率增大、掃描速度降低,熔池體積增大,熱影響作用加劇,熔池區(qū)和熱影響區(qū)的顯微硬度同步降低;同時,成形合金鋼的致密度增加,當激光功率為320 W、掃描速度為750 mm/s時達到最高,為99.93%。當激光功率為320 W、掃描速度為950 mm/s時,成形合金鋼的性能最佳,其屈服強度和抗拉強度分別為1252 MPa和1362 MPa,延伸...
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：96 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．１?ＳＬＭ設備與成形原理示意圖??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＬＭ??
狀晶，柱狀晶的生長方向與散熱方向一致，而散熱方向主??要由掃描參數所決定。隨著激光輸入能量增加，顯微組織明顯粗化，熱影響作用??加劇，導致熔池邊界析出的Ｔｉ３Ａｌ也增多。??掃描參數決定了?ＳＬＭ成形過程中熔池的溫度，冷卻速度，散熱方向，從而??直接影響熔池內晶粒的尺寸和生長方式，以及整個熔覆層的結構。因此，許多學??者對不同掃描參數下熔池的熱影響過程進行模擬，借此研宄凝固后形成顯微組織??的演化。ＤｅｂＲｏｙ［３７］等模擬了三種不同掃描速度下熔池縱向平面中柱狀晶的生長??方向（如圖１．２所示）。圖１．２?（ａ）模擬了在極快的掃描速度下的柱狀晶生長方??向，熔池底部的形狀幾乎平行于掃描方向，且熔池的深度較淺，而熱量主要沿著??垂直于熔池邊界的方向快速散失，所以柱狀晶沿著垂直熔池底部的方向向上生長，??形成垂直于掃描方向整齊排列的柱狀晶形貌。圖１．２?（Ｃ）模擬了在較慢的掃描速??度下柱狀晶的生長方向，可以看出，熔池的深度和熔池底部的曲率明顯增加，溫??度梯度的方向隨著熱源的移動而不斷變化，柱狀晶的生長方向也會隨之發(fā)生局部??變化，所以會形成垂直于熔池后緣邊界逐漸向掃描方向彎曲的柱狀晶。區(qū)別于圖??１．２?（ａ）和（ｃ）模擬的極端條件下的熔池縱向平面，圖１．２?（ｂ）為ＳＬＭ技術下??熔池縱面的普遍形貌，熔池為較平直的淺溝狀，末端曲率較小，所以柱狀晶的生??長方向幾乎垂直于掃描方向，但會向掃描方向略微傾斜。ＳＬＭ掃描參數的變化??會直接改變熔池的形狀，使熔池的散熱方式發(fā)生變化，從而影響柱狀晶的生長形??態(tài)。??Ｓｃａｎｔｌｉｎｇ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??？??１?１??Ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??？?
?第１章緒?論???描方式［３８］。〇３１＾１＂［３９】等研宂了３１＾＾掃描策略制備對１１１＜：〇１＾１７１８晶體結構和織構??的影響。分別采用往復型和“小島型”兩種掃描策略制備了樣品，往復型掃描即??在整個零件平面上進行往復掃描，而“小島型”掃描如圖１．３所示，將整個零件??平面劃分為若干個邊長為５?ｍｍ的正方形，分別在每個“島”內進行往復掃描。??研宄發(fā)現往復型掃描得到了均勻且粗大的柱狀晶組織，其織構與成形方向平行，??而“小島型”掃描形成兩種晶粒，沿成形方向生長的柱狀晶和邊界的細晶粒區(qū)，??晶粒的競爭性生長更為顯著，晶粒明顯細化。所以，可以通過掃描策略控制連續(xù)??層之間的熱通量來改變晶粒的形貌和取向。??＾５ｍｍ?（Ｉｓｌａｎｄ?Ｓｉｚｅ）??．＿?ｉ：：乏腿講！套＝４?！刪黑！??ｆｉＢｆｃｌｌｌＷ??ｒ９－?Ｉ?＜?＜?計ＷＩ?－－ｊ?ｉ??…）＊ｙ?－＊＊?■？＂?？〇＊??以圓?＿?；??圖１．３島狀掃描策略示意圖Ｍｌ??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?“ｉｓｌａｎｄ”?ｓｃａｎ?ｓｔｒａｔｅｇｙ１３９１??３）力學性能??精密復雜的零部件通常需要具備優(yōu)異的力學性能，才能保證設備高效安全平??穩(wěn)的運行。ＳＬＭ技術制備的零部件獨特的層狀結構與傳統(tǒng)工藝制備的零部件的??組織結構有明顯不同，所以需要對ＳＬＭ成形零部件的組織結構與力學性能的關??系進行深入研宄，并且針對不同材料優(yōu)化激光工藝參數，使成形零部件具有更加??優(yōu)異的性能。??Ｇｏｎｇ＾ｌ等通過改變ＳＬＭ成形過程中的掃描速度研究其對Ｔｉ６Ａ１４Ｖ構件孔??隙率及力學性能的影響。研宄發(fā)現掃描速
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Microstructural evolution and mechanical properties of 300M steel produced by low and high power selective laser melting[J]. Guanyi Jing,Wenpu Huang,Huihui Yang,Zemin Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2020(13)
[2]24CrNiMo合金鋼的激光選區(qū)熔化成形工藝研究[J]. 袁梅彥,陳勇,王森,鄭巖,范樹遷. 工程與試驗. 2019(02)
[3]24CrNiMo激光沉積技術在高鐵動車組制動盤制造中的應用[J]. 耿靖賀,焦建強,朱平,丁成鋼. 鐵道機車與動車. 2018(12)
[4]不同碳含量碳鋼淬火態(tài)馬氏體精細結構[J]. 劉旋,陳雨琳,陸興,趙新青,殷匠,平德海. 材料熱處理學報. 2018(07)
[5]3D打印技術研究概況[J]. 陳志茹,夏承東,李龍,楚瑞坤,周德敬. 金屬世界. 2018(04)
[6]基于冒口的250km/h高鐵制動盤鑄造工藝研究[J]. 李銣寅,宋崇智. 機械工程師. 2017(02)
[7]中國高速鐵路幾個重要零件的精鍛成形[J]. 陶竑宇,付傳鋒. 兵器裝備工程學報. 2016(06)
[8]高性能金屬構件的激光增材制造[J]. 林鑫,黃衛(wèi)東. 中國科學:信息科學. 2015(09)
[9]Understanding Solid–Solid（fcc→ω + bcc） Transition at Atomic Scale[J]. De-Hai Ping. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2015(06)
[10]金屬材料在增材制造技術中的研究進展[J]. 胡捷,廖文俊,丁柳柳,胡陽. 材料導報. 2014(S2)
本文編號：2958441
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：96 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．１?ＳＬＭ設備與成形原理示意圖??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＳＬＭ??
狀晶，柱狀晶的生長方向與散熱方向一致，而散熱方向主??要由掃描參數所決定。隨著激光輸入能量增加，顯微組織明顯粗化，熱影響作用??加劇，導致熔池邊界析出的Ｔｉ３Ａｌ也增多。??掃描參數決定了?ＳＬＭ成形過程中熔池的溫度，冷卻速度，散熱方向，從而??直接影響熔池內晶粒的尺寸和生長方式，以及整個熔覆層的結構。因此，許多學??者對不同掃描參數下熔池的熱影響過程進行模擬，借此研宄凝固后形成顯微組織??的演化。ＤｅｂＲｏｙ［３７］等模擬了三種不同掃描速度下熔池縱向平面中柱狀晶的生長??方向（如圖１．２所示）。圖１．２?（ａ）模擬了在極快的掃描速度下的柱狀晶生長方??向，熔池底部的形狀幾乎平行于掃描方向，且熔池的深度較淺，而熱量主要沿著??垂直于熔池邊界的方向快速散失，所以柱狀晶沿著垂直熔池底部的方向向上生長，??形成垂直于掃描方向整齊排列的柱狀晶形貌。圖１．２?（Ｃ）模擬了在較慢的掃描速??度下柱狀晶的生長方向，可以看出，熔池的深度和熔池底部的曲率明顯增加，溫??度梯度的方向隨著熱源的移動而不斷變化，柱狀晶的生長方向也會隨之發(fā)生局部??變化，所以會形成垂直于熔池后緣邊界逐漸向掃描方向彎曲的柱狀晶。區(qū)別于圖??１．２?（ａ）和（ｃ）模擬的極端條件下的熔池縱向平面，圖１．２?（ｂ）為ＳＬＭ技術下??熔池縱面的普遍形貌，熔池為較平直的淺溝狀，末端曲率較小，所以柱狀晶的生??長方向幾乎垂直于掃描方向，但會向掃描方向略微傾斜。ＳＬＭ掃描參數的變化??會直接改變熔池的形狀，使熔池的散熱方式發(fā)生變化，從而影響柱狀晶的生長形??態(tài)。??Ｓｃａｎｔｌｉｎｇ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??？??１?１??Ｓｃａｎｎｉｎｇ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??？?
?第１章緒?論???描方式［３８］。〇３１＾１＂［３９】等研宂了３１＾＾掃描策略制備對１１１＜：〇１＾１７１８晶體結構和織構??的影響。分別采用往復型和“小島型”兩種掃描策略制備了樣品，往復型掃描即??在整個零件平面上進行往復掃描，而“小島型”掃描如圖１．３所示，將整個零件??平面劃分為若干個邊長為５?ｍｍ的正方形，分別在每個“島”內進行往復掃描。??研宄發(fā)現往復型掃描得到了均勻且粗大的柱狀晶組織，其織構與成形方向平行，??而“小島型”掃描形成兩種晶粒，沿成形方向生長的柱狀晶和邊界的細晶粒區(qū)，??晶粒的競爭性生長更為顯著，晶粒明顯細化。所以，可以通過掃描策略控制連續(xù)??層之間的熱通量來改變晶粒的形貌和取向。??＾５ｍｍ?（Ｉｓｌａｎｄ?Ｓｉｚｅ）??．＿?ｉ：：乏腿講！套＝４?！刪黑！??ｆｉＢｆｃｌｌｌＷ??ｒ９－?Ｉ?＜?＜?計ＷＩ?－－ｊ?ｉ??…）＊ｙ?－＊＊?■？＂?？〇＊??以圓?＿?；??圖１．３島狀掃描策略示意圖Ｍｌ??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?“ｉｓｌａｎｄ”?ｓｃａｎ?ｓｔｒａｔｅｇｙ１３９１??３）力學性能??精密復雜的零部件通常需要具備優(yōu)異的力學性能，才能保證設備高效安全平??穩(wěn)的運行。ＳＬＭ技術制備的零部件獨特的層狀結構與傳統(tǒng)工藝制備的零部件的??組織結構有明顯不同，所以需要對ＳＬＭ成形零部件的組織結構與力學性能的關??系進行深入研宄，并且針對不同材料優(yōu)化激光工藝參數，使成形零部件具有更加??優(yōu)異的性能。??Ｇｏｎｇ＾ｌ等通過改變ＳＬＭ成形過程中的掃描速度研究其對Ｔｉ６Ａ１４Ｖ構件孔??隙率及力學性能的影響。研宄發(fā)現掃描速
【參考文獻】：
期刊論文
[1]Microstructural evolution and mechanical properties of 300M steel produced by low and high power selective laser melting[J]. Guanyi Jing,Wenpu Huang,Huihui Yang,Zemin Wang. Journal of Materials Science & Technology. 2020(13)
[2]24CrNiMo合金鋼的激光選區(qū)熔化成形工藝研究[J]. 袁梅彥,陳勇,王森,鄭巖,范樹遷. 工程與試驗. 2019(02)
[3]24CrNiMo激光沉積技術在高鐵動車組制動盤制造中的應用[J]. 耿靖賀,焦建強,朱平,丁成鋼. 鐵道機車與動車. 2018(12)
[4]不同碳含量碳鋼淬火態(tài)馬氏體精細結構[J]. 劉旋,陳雨琳,陸興,趙新青,殷匠,平德海. 材料熱處理學報. 2018(07)
[5]3D打印技術研究概況[J]. 陳志茹,夏承東,李龍,楚瑞坤,周德敬. 金屬世界. 2018(04)
[6]基于冒口的250km/h高鐵制動盤鑄造工藝研究[J]. 李銣寅,宋崇智. 機械工程師. 2017(02)
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[8]高性能金屬構件的激光增材制造[J]. 林鑫,黃衛(wèi)東. 中國科學:信息科學. 2015(09)
[9]Understanding Solid–Solid（fcc→ω + bcc） Transition at Atomic Scale[J]. De-Hai Ping. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2015(06)
[10]金屬材料在增材制造技術中的研究進展[J]. 胡捷,廖文俊,丁柳柳,胡陽. 材料導報. 2014(S2)
本文編號：2958441
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