激光选区熔化Ni 625合金工艺基础研究

发布时间：2017-07-17 12:22

  本文关键词：激光选区熔化Ni 625合金工艺基础研究

  更多相关文章： 激光选区熔化 Ni 625合金 工艺优化 基板预热 微观组织 裂纹 力学性能

【摘要】：航空航天产品需要长寿命、高可靠性,又要满足高强度和轻量化的需求,往往结构比较复杂,对金属合金材料加工技术要求也很高。激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)直接熔化成形复杂结构金属零件,制造速度快,产品开发周期小,适合航空航天领域中镍基高温合金的直接制造。本文以镍基高温合金——Ni 625为研究材料,主要研究了:(1)SLM成形Ni 625工艺优化,获得最优工艺窗口:激光功率P=150w、扫描速度V=500mm/s、扫描间距D=0.07mm,激光线能量密度E=267.85 J/mm3,获得制件相对致密度99.4%。拟合出激光能量密度和块体致密度两者之间数学关系,通过极差分析可知扫描速度对相对致密度的影响更大。(2)SLM成形Ni 625合金微裂纹特征、产生原因及抑制工艺。结果表明,SLM成形的Ni 625合金易形成微裂纹,裂纹长度最大约100 um。在SLM过程中,快速凝固导致Nb、Mo元素产生局部偏析,形成(γ+Laves)共晶。同时由于高温度梯度造成应力,在脆性相Laves周围形成应力集中,导致沿晶开裂。残余应力测试表明基板预热有效降低残余应力,利于抑制裂纹产生和扩展,随着预热温度的升高,裂纹数量逐渐减少,300℃预热时裂纹数量最少。(3)SLM成形Ni 625合金为微宏观性能。SLM成形Ni 625合金组织为细长柱状晶,不同成形面表现出不同的微观组织特征:竖直截面为柱状组织,水平截面为胞状组织,平均尺寸在0.5um左右。分析认为,冷却速度及温度梯度都比较大,结晶主干彼此平行沿着热量散失的反方向生长,侧向生长完全被抑制,最终形成了穿越层层边界的柱状晶。XRD相分析表明,SLM成形的Ni 625合金由γ基体和脆性Laves相构成。研究合金拉伸性能、各向异性等宏观力学性能。拉伸性能体现出高强度低塑性的特点,室温拉伸强度(936.34MPa)超过同质退火态锻件标准(827MPa),但是延伸率(7.22%),远低于锻件标准(30%)。随着预热温度的上升,拉伸力学性能有提高趋势。预热300℃性能均达到最好:拉伸强度相对常温时提高近21.2%,延伸率提高近33.6%。结果证明,基板预热是提高力学性能的有效途径。另外研究力学各向异性问题,拉伸强度沿水平方向高于沿竖直方向约5.2%,延伸率高约4.3%。分析认为,层间边界是SLM沉积过程中的性能弱区,容易产生裂纹,裂纹沿层层边界进行扩展,这是导致沿竖直方向拉伸样力学性能较差的主要原因。综上所述,本研究以Ni 625合金为成形材料,优化成形工艺参数、分析宏微观性能,并通过预热工艺消除缺陷,提高性能。研究结果为SLM成形高温合金零件实践应用提供良好的思路和建议。
【关键词】：激光选区熔化 Ni 625合金 工艺优化 基板预热 微观组织 裂纹 力学性能
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V261.8
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-26
• 1.1 引言11-13
• 1.2 激光选区熔化简介13-15
• 1.3 镍基高温合金SLM研究现状概述15-21
• 1.4 预热工艺对激光增材制造零件性能影响21-23
• 1.5 课题内容、目的及意义23-26
• 2 实验材料与方法26-30
• 2.1 实验材料26-27
• 2.2 实验装备27-28
• 2.3 表征及分析方法28-30
• 3 SLM成形Ni 625合金工艺优化30-38
• 3.1 引言30
• 3.2 工艺优化30-36
• 3.3 本章小结36-38
• 4 SLM成形Ni 625合金裂纹特征及抑制工艺38-47
• 4.1 裂纹综述38
• 4.2 实验方法38-39
• 4.3 裂纹形貌及形成原因39-45
• 4.4 本章小结45-47
• 5 SLM成形Ni 625合金性能分析47-64
• 5.1 引言47
• 5.2 微观组织47-54
• 5.3 拉伸性能54-59
• 5.4 各向异性59-61
• 5.5 硬度61-62
• 5.6 本章小结62-64
• 6 结论与展望64-67
• 6.1 研究结论64-66
• 6.2 研究展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-75
• 附录 攻读硕士期间撰写的学术论文与专利75

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