激光直接沉积24CrNiMoY合金钢缺陷研究

摘要

激光直接沉积技术作为当今创造业的研究热点,正处于快速发展的阶段当中。激光增材制造技术是一个多物理场耦合的过程,成形过程中由于受到温度、工艺参数、扫描方式等因素的影响,会导致沉积层样品中出现夹杂缺陷、裂纹缺陷、气孔缺陷等。缺陷的存在会影响成形零件的力学性能,在工业生产中制备的成形零件都要避免这些缺陷的存在,因此需要对缺陷的行为规律及形成原因进行研究。为了研究缺陷的行为规律,使用光纤激光器在Q235钢基板上对24CrNiMoY合金钢粉末进行激光直接沉积。采用激光直接沉积技术制备了三套不同参数下的24CrNiMoY合金钢样品。第一套改变扫描速度(5 mm/s、6 mm/s、7 mm/s、8 mm/s)来优化工艺参数;第二套改变沉积层层数(3层、5层、7层);第三套改变扫描方式(相邻层间扫描方向夹角分别为0o、45o、90o)。通过金相、扫描、硬度、拉伸、致密度等实验方法对沉积样品进行表征。对三种不同参数下沉积层样品中的缺陷行为以及力学性能进行研究。研究结果如下:当扫描速度发生改变时,沉积层样品中发现了夹杂缺陷和裂纹缺陷。本实验条件下,夹杂缺陷主要由碳化物和氧化物构成,随着扫描速度的增大,样品中夹杂缺陷含量增多。裂纹缺陷沿着晶界处开裂,属于热裂纹,应力是导致裂纹产生的直接原因,样品中存在从最底层就开始开裂,沿上方扩展的裂纹,在第一层扫描过程中应力是最大的。同时在夹杂缺陷周围也发现了裂纹缺陷的存在,夹杂缺陷作为裂纹源,会导致应力集中,从而形成裂纹缺陷。当沉积层数发生改变时,样品中只存在夹杂缺陷,夹杂缺陷的面积占比随沉积层层数的叠加呈递减趋势。随沉积层数的增多,样品周围温度升高,产生重熔现象。当扫描方式发生改变时,发现沉积层样品在平行扫描方式下制备样品硬度值分布均匀,平均硬度,致密度,拉伸性能达到最优值。当扫描方式为45o时,样品中产生了气孔缺陷,并在气孔缺陷周围发现了裂纹缺陷,气孔缺陷作为裂纹源导致裂纹缺陷的形成。扫描方式为垂直时,样品中出现了未脱落的夹杂缺陷。本研究为激光直接沉积合金钢缺陷消除提供了一定参考。

目录

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 激光增材制造技术

1.2.1 激光增材制造技术简介

1.2.2 激光增材制造技术特点

1.2.3 激光增材制造技术应用现状

1.3 激光直接沉积过程缺陷的研究

1.3.1 缺陷类型及其形成原因

1.3.2 缺陷消除及其对力学性能的影响

1.3.3 缺陷的研究现状

1.4 研究目的与内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究内容

第二章 实验方法

2.1 实验材料

2.1.1 粉末材料

2.1.2 基体材料

2.2 DLD系统

2.2.1 实验设备

2.2.2 DLD样品制备过程

2.3 实验方法及原理

2.3.1 金相分析与原理

2.3.2 显微硬度分析及原理

2.3.3 扫描分析及原理

2.3.4 拉伸测试及原理

2.3.5 致密度分析及原理

第三章 缺陷形成机理及对力学性能的影响

3.1 引言

3.2 工艺参数的选取及制备块体的形貌

3.3 夹杂缺陷形成机理

3.4 裂纹缺陷形成机理

3.5 缺陷的存在对沉积层样品硬度的影响

3.6 本章小节

第四章 不同扫描方式下缺陷及力学性能的变化

4.1 引言

4.2 不同扫描方式下沉积层样品缺陷的变化

4.3 不同扫描方式下沉积层样品力学性能分析

4.3.1 显微硬度分析

4.3.2 致密度分析

4.3.3 拉伸性能分析

4.4 本章小节

第五章 结论

参考文献

个人简历及在学期间的研究成果和发表的学术论文

致谢