本文主要研究内容
作者谭超林（2019）在《选区激光熔化成型马氏体时效钢及其复合、梯度材料研究》一文中研究指出：增材制造(3D打印)技术被认为是“一项将要改变世界的技术”并将引领“第三次工业革命”。选区激光熔化(SLM)技术作为典型的金属增材制造技术,具有诸多传统加工方式无法比拟的优势。本课题选择18Ni300马氏体时效钢(简称MS)为研究对象,从工艺优化、成分裁制、制造方式和结构设计等方面进行系统研究。对SLM制备MS及其陶瓷增强的复合材料、基于MS的梯度材料、以及面向随形冷却模具的创新性设计与应用,进行了深入的实验研究,以期克服SLM成型MS效率低、材料单一、成本高等缺点,提高MS材料性能、成型效率、梯度功能性,拓展其工程应用范围。主要内容包括:(1)对激光和热处理工艺参数优化获得与锻件性能相当的高性能MS。工艺参数优化发现最优激光能量密度约为67 J/mm3,工业CT测得此时试样致密度达99.986%。基于差热分析,确定了时效和固溶时效两种合理的热处理工艺。微观组织分析表明晶粒尺寸约0.3μm,熔池冷却速率高达107 K/s。大量针状Ni3(Ti,Al,Mo)等金属间化合物在时效过程中析出,产生了第二相强化,强化机制可用Orowan绕过机制和共格应变强化解释,理论计算与实验结果较吻合。热处理过程中的相转变过程为:α+γ→490℃aging,α+γ+γ’+Ni3(Ti,Al,Mo)precipitates和α+γ→840℃agingα→α+γ’+Ni3(Ti,Al,Mo)precipitates。SLM制备的原始态和固溶时效态MS试样的力学性能达到了标准锻件水平。SLM成型方向对MS力学性能各向异性影响较小,并且后续热处理可进一步消除各向异性。此外,原始态试样残余应力(464 MPa)经时效处理后降低为103 MPa;热处理使耐磨性能提高了约一倍,耐蚀性能也得到改善。(2)采用SLM技术原位制备了 SiC颗粒增强MS基体的金属基复合材料(MMCs)。综合孔隙率、粗糙度和硬度结果,获得最佳工艺参数;通过激光重熔、预热基板、设计支撑和改变零件成型方向抑制了高SiC含量MMCs试样的裂纹。随着SiC含量的增加,MMCs的组织形貌演变为:胞状组织→柱状组织→树枝状组织→针状和链状组织。组织分析发现MMCs试样中出现了大量的纳米尺度的析出相和团簇颗粒,主要化合物依附SiC颗粒非均匀形核并原位析出。此外,SiC含量的增加,增大了 MMCs试样中的残余拉应力,并抑制了马氏体相的形成和促进奥氏体相的生成,同时提高了 MMCs中析出相的形核率。MMCs试样的硬度和屈服强度随着SiC含量的增加而增加,强化机理分析表明MMCs强度提高来自Orowan强化、位错强化和负载转移强化。与MS相比,MMCs试样的耐磨性能明显改善;当SiC>6vol.%时,磨损率降低20%以上。热等静压后处理能够显著提高MMCs试样的致密度,使试样孔隙率由0.109%降至0.001%。(3)采用SLM制备了多种MS基梯度材料,并对界面组织和性能进行了表征和分析。界面参数对界面性能的影响大小顺序为:表面状态<熔化策略<激光参数。对于SLM成型梯度材料而言,界面合金元素的充分扩散和两种材料在界面冶金反应,有利于提高界面结合性能。综合拉伸、弯曲和疲劳测试结果发现304钢-MS和4Crl3钢-MS梯度材料的力学性能达到母材强度,明显优于45钢-MS。因为与不含合金元素的45钢不同,304和4Crl3母材中均含有大量的合金元素(如Cr、Ni等),在SLM过程中界面熔池在Marangoni对流作用下,高温MS熔池与基底材料发生充分对流、传质和元素扩散混合现象,冶金结合良好。此外,基于SLM制备了 Cu-MS异类金属梯度材料。采用合适的激光参数可以获得几乎无缺陷、元素互扩散达30-40μm的Cu-MS冶金结合界面。基底高热导率Cu使界面形成了亚微米级的梯度尺寸晶粒,且晶粒顺着熔池最大温度梯度方向形成了较强的<111>织构。此外,通过透射电镜分析揭示了界面微观结合机理。力学测试发现,最佳试样的界面拉伸、弯曲强度和疲劳性能均优于母材铜。(4)在MS面向随形冷却模具应用的创新设计方面,设计和制备了 MS自支撑结构水路的随形冷却模具,以提高冷却效率。同时,将模具装配部位进行网格化减材设计,以节省材料和成型时间。优化了网格结构的激光成型参数,其所需激光能量低于实体零件。自支撑水道改善了了水道可成型性,20mm孔径水道仍能顺利成型。模流分析表明,自支撑结构大孔径冷却水道提高冷却效率20%以上。此外,对模具进行了网格减材化设计和实验验证,探究了网格体积分数对力学性能的影响,为模具网格化设计提供理论依据。最后采用SLM成功制备了集网格减材化和自支撑水道的随形冷却模具实物,证实了上述基于SLM模具创新性设计和制备的可行性。
Abstract
zeng cai zhi zao (3Dda yin )ji shu bei ren wei shi “yi xiang jiang yao gai bian shi jie de ji shu ”bing jiang yin ling “di san ci gong ye ge ming ”。shua ou ji guang rong hua (SLM)ji shu zuo wei dian xing de jin shu zeng cai zhi zao ji shu ,ju you zhu duo chuan tong jia gong fang shi mo fa bi ni de you shi 。ben ke ti shua ze 18Ni300ma shi ti shi xiao gang (jian chen MS)wei yan jiu dui xiang ,cong gong yi you hua 、cheng fen cai zhi 、zhi zao fang shi he jie gou she ji deng fang mian jin hang ji tong yan jiu 。dui SLMzhi bei MSji ji tao ci zeng jiang de fu ge cai liao 、ji yu MSde ti du cai liao 、yi ji mian xiang sui xing leng que mo ju de chuang xin xing she ji yu ying yong ,jin hang le shen ru de shi yan yan jiu ,yi ji ke fu SLMcheng xing MSxiao lv di 、cai liao chan yi 、cheng ben gao deng que dian ,di gao MScai liao xing neng 、cheng xing xiao lv 、ti du gong neng xing ,ta zhan ji gong cheng ying yong fan wei 。zhu yao nei rong bao gua :(1)dui ji guang he re chu li gong yi can shu you hua huo de yu duan jian xing neng xiang dang de gao xing neng MS。gong yi can shu you hua fa xian zui you ji guang neng liang mi du yao wei 67 J/mm3,gong ye CTce de ci shi shi yang zhi mi du da 99.986%。ji yu cha re fen xi ,que ding le shi xiao he gu rong shi xiao liang chong ge li de re chu li gong yi 。wei guan zu zhi fen xi biao ming jing li che cun yao 0.3μm,rong chi leng que su lv gao da 107 K/s。da liang zhen zhuang Ni3(Ti,Al,Mo)deng jin shu jian hua ge wu zai shi xiao guo cheng zhong xi chu ,chan sheng le di er xiang jiang hua ,jiang hua ji zhi ke yong Orowanrao guo ji zhi he gong ge ying bian jiang hua jie shi ,li lun ji suan yu shi yan jie guo jiao wen ge 。re chu li guo cheng zhong de xiang zhuai bian guo cheng wei :α+γ→490℃aging,α+γ+γ’+Ni3(Ti,Al,Mo)precipitateshe α+γ→840℃agingα→α+γ’+Ni3(Ti,Al,Mo)precipitates。SLMzhi bei de yuan shi tai he gu rong shi xiao tai MSshi yang de li xue xing neng da dao le biao zhun duan jian shui ping 。SLMcheng xing fang xiang dui MSli xue xing neng ge xiang yi xing ying xiang jiao xiao ,bing ju hou xu re chu li ke jin yi bu xiao chu ge xiang yi xing 。ci wai ,yuan shi tai shi yang can yu ying li (464 MPa)jing shi xiao chu li hou jiang di wei 103 MPa;re chu li shi nai mo xing neng di gao le yao yi bei ,nai shi xing neng ye de dao gai shan 。(2)cai yong SLMji shu yuan wei zhi bei le SiCke li zeng jiang MSji ti de jin shu ji fu ge cai liao (MMCs)。zeng ge kong xi lv 、cu cao du he ying du jie guo ,huo de zui jia gong yi can shu ;tong guo ji guang chong rong 、yu re ji ban 、she ji zhi cheng he gai bian ling jian cheng xing fang xiang yi zhi le gao SiChan liang MMCsshi yang de lie wen 。sui zhao SiChan liang de zeng jia ,MMCsde zu zhi xing mao yan bian wei :bao zhuang zu zhi →zhu zhuang zu zhi →shu zhi zhuang zu zhi →zhen zhuang he lian zhuang zu zhi 。zu zhi fen xi fa xian MMCsshi yang zhong chu xian le da liang de na mi che du de xi chu xiang he tuan cu ke li ,zhu yao hua ge wu yi fu SiCke li fei jun yun xing he bing yuan wei xi chu 。ci wai ,SiChan liang de zeng jia ,zeng da le MMCsshi yang zhong de can yu la ying li ,bing yi zhi le ma shi ti xiang de xing cheng he cu jin ao shi ti xiang de sheng cheng ,tong shi di gao le MMCszhong xi chu xiang de xing he lv 。MMCsshi yang de ying du he qu fu jiang du sui zhao SiChan liang de zeng jia er zeng jia ,jiang hua ji li fen xi biao ming MMCsjiang du di gao lai zi Orowanjiang hua 、wei cuo jiang hua he fu zai zhuai yi jiang hua 。yu MSxiang bi ,MMCsshi yang de nai mo xing neng ming xian gai shan ;dang SiC>6vol.%shi ,mo sun lv jiang di 20%yi shang 。re deng jing ya hou chu li neng gou xian zhe di gao MMCsshi yang de zhi mi du ,shi shi yang kong xi lv you 0.109%jiang zhi 0.001%。(3)cai yong SLMzhi bei le duo chong MSji ti du cai liao ,bing dui jie mian zu zhi he xing neng jin hang le biao zheng he fen xi 。jie mian can shu dui jie mian xing neng de ying xiang da xiao shun xu wei :biao mian zhuang tai <rong hua ce lve <ji guang can shu 。dui yu SLMcheng xing ti du cai liao er yan ,jie mian ge jin yuan su de chong fen kuo san he liang chong cai liao zai jie mian ye jin fan ying ,you li yu di gao jie mian jie ge xing neng 。zeng ge la shen 、wan qu he pi lao ce shi jie guo fa xian 304gang -MShe 4Crl3gang -MSti du cai liao de li xue xing neng da dao mu cai jiang du ,ming xian you yu 45gang -MS。yin wei yu bu han ge jin yuan su de 45gang bu tong ,304he 4Crl3mu cai zhong jun han you da liang de ge jin yuan su (ru Cr、Nideng ),zai SLMguo cheng zhong jie mian rong chi zai Marangonidui liu zuo yong xia ,gao wen MSrong chi yu ji de cai liao fa sheng chong fen dui liu 、chuan zhi he yuan su kuo san hun ge xian xiang ,ye jin jie ge liang hao 。ci wai ,ji yu SLMzhi bei le Cu-MSyi lei jin shu ti du cai liao 。cai yong ge kuo de ji guang can shu ke yi huo de ji hu mo que xian 、yuan su hu kuo san da 30-40μmde Cu-MSye jin jie ge jie mian 。ji de gao re dao lv Cushi jie mian xing cheng le ya wei mi ji de ti du che cun jing li ,ju jing li shun zhao rong chi zui da wen du ti du fang xiang xing cheng le jiao jiang de <111>zhi gou 。ci wai ,tong guo tou she dian jing fen xi jie shi le jie mian wei guan jie ge ji li 。li xue ce shi fa xian ,zui jia shi yang de jie mian la shen 、wan qu jiang du he pi lao xing neng jun you yu mu cai tong 。(4)zai MSmian xiang sui xing leng que mo ju ying yong de chuang xin she ji fang mian ,she ji he zhi bei le MSzi zhi cheng jie gou shui lu de sui xing leng que mo ju ,yi di gao leng que xiao lv 。tong shi ,jiang mo ju zhuang pei bu wei jin hang wang ge hua jian cai she ji ,yi jie sheng cai liao he cheng xing shi jian 。you hua le wang ge jie gou de ji guang cheng xing can shu ,ji suo xu ji guang neng liang di yu shi ti ling jian 。zi zhi cheng shui dao gai shan le le shui dao ke cheng xing xing ,20mmkong jing shui dao reng neng shun li cheng xing 。mo liu fen xi biao ming ,zi zhi cheng jie gou da kong jing leng que shui dao di gao leng que xiao lv 20%yi shang 。ci wai ,dui mo ju jin hang le wang ge jian cai hua she ji he shi yan yan zheng ,tan jiu le wang ge ti ji fen shu dui li xue xing neng de ying xiang ,wei mo ju wang ge hua she ji di gong li lun yi ju 。zui hou cai yong SLMcheng gong zhi bei le ji wang ge jian cai hua he zi zhi cheng shui dao de sui xing leng que mo ju shi wu ,zheng shi le shang shu ji yu SLMmo ju chuang xin xing she ji he zhi bei de ke hang xing 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自华南理工大学的谭超林，发表于刊物华南理工大学2019-10-23论文，是一篇关于选区激光熔化论文,马氏体时效钢论文,金属基复合材料论文,梯度材料论文,随形冷却模具论文,华南理工大学2019-10-23论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自华南理工大学2019-10-23论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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