激光选区熔化成形GH4169高温合金的残余应力研究

摘要

激光选区熔化成形技术（Selective Laser Melting，SLM）在成形复杂精密GH4169零件的应用前景十分广泛，但由于成形过程中不均匀冷却引起应力应变，常常使得成形零件发生翘曲变形甚至开裂，影响了其实际工程应用。目前关于SLM成形残余应力的研究还很不系统。本论文系统地研究成形工艺、零件结构以及成形外部条件对SLM成形残余应分布与演变的影响，获得了系列有价值的结果。本论文的主要研究内容和获得的结果如下：
　　（1）首先，对SLM成形GH4169残余应力的测试方法进行了研究。主要对X射线衍射法和显微硬度压痕法的适用性进行了研究和校准。采用等强度梁标定GH4169高温合金的X射线衍射特性，确定148°的Kβ衍射峰下（311）晶面为测量晶面以及计算应力的依据。并以此为基准，检验了显微硬度压痕法测量结果。研究结果表明：这两种方法测量的应力值数值存在少量差别，应力的总体变化趋势一致。
　　（2）其次，研究了激光加工工艺参数和扫描线段长短对 SLM成形 GH4169残余应力的影响。发现激光功率，扫描速度以及扫描间距中，激光功率对于残余应力的影响最大，激光功率越大，应力越大。随扫描速度增大，残余应力先增加后减少，不同扫描速度下最大残余应力对应的扫描间距不同，扫描速度减小，其最大残余应力对应的扫描间距变大。在顺序扫描下，存在一最佳线段长度。线段太短，每层分区越多熔化冷却速度越快，激光作用于粉体的时间越短，残余热量越高，温度梯度也越大引起较大热应力。线段越长收缩过程中受到的约束越大，层内收缩主要为熔道的纵向收缩，扫描线段过长时，熔道收缩补偿不充分，从而导致较大的残余应力。
　　（3）另外研究了 SLM成形零件的应力分布特点。对于薄壁墙而言，中心部位的靠近基板处为最大压应力随高度增加残余应力由压应力变为拉应力，在顶部达到最大。试样越高，应力越大。试样表面中心处的残余应力高于边缘。
　　（4）最后研究了外部条件对 SLM成形零件表面和高度方向残余应力的影响。随基板厚度增大，试样表面的应力值残余应力先增大后趋于稳定。在高度方向上，应力基本不随基板厚度变化。外加支撑的条件下支撑结构对于残余应力的影响也表现在约束条件上，支撑结构与零件的接触面积越小残余应力也越小。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 SLM成形技术

1.3 SLM成形残余应力及检测方法

1.4 课题来源

1.5 主要研究内容以及课题创新点

2 实验材料、设备及测试方法

2.1 SLM实验设备

2.2 实验材料与加工工艺

2.3 实验数据处理方法

2.4 本章小结

3 SLM成形残余应力测试方法的研究

3.1 X射线衍射法

3.2 X射线衍射法中的材料的衍射特性

3.3 显微硬度压痕法测量残余应力研究

3.4 本章小结

4 工艺参数对SLM成形GH4169残余应力的影响研究

4.1 激光功率的影响

4.2 扫描速度的影响

4.3 扫描间距的影响

4.4 扫描策略的影响

4.5 本章小结

5 零件结构与外加约束对SLM成形残余应力影响研究

5.1 试样高度的影响

5.2 基板状态的影响

5.3 外加支撑结构的影响

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2研究展望

致谢

参考文献