基于激光熔化成形同质包套的热等静压近净成形试验研究

摘要

热等静压(Hot Isostatic Pressing,HIP)近净成形(Near-Net-Shape,NNS)是热等静压技术的一种新应用。利用该技术可以一次性成形任意复杂结构、致密度达100％的金属零件,在制造传统加工方法难以成形的高熔点、复杂结构金属材料方面有独特的优势。但是该技术一般要制造专门的反变形包套。而这些反变形包套的形状通常比较复杂,难以机加工成形。选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术可以在无需任何模具和工装夹具的条件下,制造任意复杂结构的金属零件。它将有可能解决反变形包套难加工的问题。甚至可以用其制造同质包套,从而节省包套材料,避免异质包套对成形零件的污染。但是该技术在国内还不是十分成熟,其制件难以满足包套气密性的要求。
　　为此,本实验提出对包套进行分体式设计。根据功能把包套分为控形和密封两个部分。控形部分紧贴粉末,形状复杂,用SLM技术制造;密封部分包覆在外层,可以设计得简单,用机加工方法制造。这样,可以充分利用SLM技术的优势制造反变形包套。
　　为了研究利用SLM技术制造充当控形部分的同质包套的问题。本文以316L不锈钢粉末材料为例,设计了含有SLM同质包套和只含有机加工包套的对比实验。首先,通过模拟,得到反变形曲线的形状和尺寸,进而完成反变形包套的设计。然后,根据适配原则,完成外层机加工包套的设计。选取优化的SLM工艺参数制造出了SLM包套,与机加工包套组装,用于热等静压工艺实验。
　　对两种试验件进行了宏观性能(致密度、硬度)、微观组织(OM、ESEM)的比较分析。发现两种试验件成形情况无明显差异。其中,SLM同质包套的试验件控形效果更好。因此认定利用SLM技术制造控形包套是可行的。对有SLM同质包套的试验件进行自比较。发现SLM包套区域的组织均匀性稍差,粉末致密区域的性能更均匀。因此,利用SLM技术制造同质包套适用于对制件表层组织均匀性要求不高或表层具有特殊性能要求的应用场合。

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1 绪 论

1.1 热等静压近净成形技术原理

1.2 热等静压近净成形技术研究现状

1.3 选择性激光熔化技术原理

1.4 选择性激光熔化技术研究现状

1.5 课题来源、研究内容、目的及意义

2 包套的设计与制造

2.1 前言

2.2 包套的设计

2.3 选择性激光熔化制造包套

2.4 本章小节

3 热等静压近净成形实验

3.1 前言

3.2 热等静压试验件的准备

3.3 试验件的热等静压近净成形

3.4 本章小节

4 试验件成形性能研究

4.1 前言

4.2 包套控形情况分析

4.3 试验件宏观性能分析

4.4 试验件微观组织分析

4.5 本章小节

5 总结与展望

5.1 实验总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录 硕士期间发表学术论文和获知识产权情况