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

【摘要】：選擇性激光熔化技術(Selective Laser Melting,SLM)加工過程中的球化反應、裂紋孔隙等缺陷一直是制約該技術發(fā)展進步的瓶頸。Ti合金的機械性能優(yōu)良、質輕、耐熱耐蝕性能好、生物相容性好,在航空航天、生物醫(yī)學等領域應用前景廣闊。本文以Ti6Al4V(TC4)粉末為實驗材料,針對其在SLM加工過程中的球化反應、裂紋孔隙等關鍵問題進行研究,以期探究這些問題的形成過程、影響因素及弱化防止措施,具有重要的實際意義。實驗采用華中科技大學-武漢濱湖機電產(chǎn)業(yè)有限公司提供的HRPM-ⅡA型激光快速成型系統(tǒng),分別對球化反應及孔隙裂紋等問題進行了研究。得知大尺寸球化現(xiàn)象的產(chǎn)生原因為熔融液態(tài)金屬與固態(tài)表面潤濕性較差,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,球化現(xiàn)象隨激光功率增大逐漸減弱;當熔池吸收能量較高時球化現(xiàn)象隨激光功率的增大逐漸明顯;當功率一定時,掃描速度越快,激光作用在金屬粉末上的時間越短,球化現(xiàn)象越明顯;掃描速度過小會導致熔池過燒,加工過程中的掃描速度至少應大于15mm/s;在一定范圍內成型面質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;超過一定限度后隨掃描間距的增大成型面質量呈現(xiàn)下降趨勢,比較合適的間距為0.08~0.12mm。在系統(tǒng)所帶掃描方式中,跳轉變向掃描方式可以減少或防止部分球化反應的發(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,加工時的最佳粉層厚度為0.06~0.1mm;大尺寸金屬球的存在,導致鋪粉不均勻,成型面實際高度高于理論高度,鋪粉誤差的累積會導致成型指標不可控,成型面質量越來越差,成形件傾斜變形、破裂甚至損壞鋪粉輥;同時,球化反應會增加成形件的表面粗糙度,會有大量孔隙產(chǎn)生,在相鄰金屬球之間的間隙會夾帶部分未熔金屬粉末,導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、孔隙的主要來源有:球化反應、金屬液自身冷卻凝固過程中產(chǎn)生的應力集中導致裂紋的產(chǎn)生,裂紋擴展形成孔隙、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,長度逐漸變大;在一定的掃描速度下,適當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裂紋尺寸有逐漸增大的趨勢;掃描間距過小時,成形面的裂紋較多,且裂紋可以在不同熔道之間連接,成形面表面裂紋錯綜復雜;間距過大沒有充足的粉末補充熔池,沒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,不僅導致球化反應明顯由球化反應形成的孔隙數(shù)量增多,也會因激光束無法穿透粉層,相鄰成形層之間無法焊合而出現(xiàn)成型面翹起或脫離,導致加工失敗。對基板進行預熱或增大能量輸入可適當減少孔隙裂紋的出現(xiàn)。
【關鍵詞】：Ti合金 選擇性激光熔化 球化反應 孔隙裂紋 影響因素
【學位授予單位】：陜西科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 成形技術原理12-13
• 1.4 SLM成型技術的研究進展13-15
• 1.5 研究內容及技術難點15-17
• 1.5.1 研究內容15-16
• 1.5.2 技術難點及創(chuàng)新點16-17
• 2 TI及TI合金特性的研究17-23
• 2.1 TI的基本性質17-18
• 2.1.1 物理性質17
• 2.1.2 化學性能17-18
• 2.2 TI合金的分類及特性18-19
• 2.3 合金元素對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 雜質元素19
• 2.4 TI合金熔化凝固機理19-20
• 2.5 選擇性激光熔化成形過程中的能量轉化研究20-22
• 2.5.1 能量輸入及傳導20-21
• 2.5.2 能量輸入模型21-22
• 2.6 本章小結22-23
• 3 實驗材料、設備及實驗方法23-29
• 3.1 實驗材料23
• 3.2 實驗設備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 檢測設備26
• 3.3 研究方法及技術路線26-27
• 3.4 本章小結27-29
• 4 選擇性激光熔化成形過程的球化反應研究29-47
• 4.1 球化反應的基本理論研究29-31
• 4.1.1 球化反應的分類29
• 4.1.2 球化反應的形成機理29-30
• 4.1.3 球化反應的形成過程分析30-31
• 4.2 球化反應的影響因素31-43
• 4.2.1 粉末特性對球化反應的影響31-33
• 4.2.2 加工環(huán)境對球化反應的影響33-34
• 4.2.3 工藝參數(shù)對球化反應的影響34-43
• 4.3 球化反應的危害43-45
• 4.4 本章小結45-47
• 5 TI合金SLM成形過程的裂紋、孔隙問題研究47-57
• 5.1 裂紋、孔隙的形成機理47-48
• 5.1.1 球化反應形成的孔隙47-48
• 5.1.2 裂紋擴展形成的孔隙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 粉末特性對裂紋、孔隙反應的影響48-49
• 5.2.2 加工環(huán)境對裂紋、孔隙形成的影響49-50
• 5.2.3 工藝參數(shù)對裂紋、孔隙形成的影響50-54
• 5.3 本章小結54-57
• 6 結論與展望57-59
• 6.1 全文小結57-58
• 6.2 展望58-59
• 致謝59-61
• 參考文獻61-65
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文65-66

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 孫婷婷;楊永強;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;王迪;肖冬明;蘇旭彬;;選區(qū)激光熔化成型懸垂結構的計算機輔助工藝參數(shù)優(yōu)化[J];中國激光;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鍵基礎問題的研究進展[J];航空制造技術;2012年05期

4 姚化山;史玉升;章文獻;劉錦輝;黃樹槐;;金屬粉末選區(qū)激光熔化成形過程溫度場模擬[J];應用激光;2007年06期

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 李瑞迪;金屬粉末選擇性激光熔化成形的關鍵基礎問題研究[D];華中科技大學;2010年

2 章文獻;選擇性激光熔化快速成形關鍵技術研究[D];華中科技大學;2008年

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

本文編號：346025