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GH4169镍基合金粉末选区激光熔化基础工艺研究

作　者: 杜胶义
导　师: 刘斌
学　校: 中北大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 选区激光熔化 GH4169镍基合金缺陷分析微观硬度致密度
分类号: TG665
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

选区激光熔化（Selective Laser Melting，SLM）是一种能直接制造终端、近终端金属产品的新型3D打印(3D Printing)技术。国外镍基合金粉末选区激光熔化技术不成熟，国内研究甚少。立足于此，本课题以GH4169镍基合金粉末为试验材料在LWY400P激光设备上进行选区激光熔化的工艺试验研究，为开发镍基合金粉末的选区激光熔化成型技术奠定基础。本文主要通过单层单道、单层多道、多层多道工艺试验，探究了激光电流、激光频率、脉冲宽度、扫描速度、铺粉厚度、扫描间距等参数对GH4169镍基合金粉末成型性、制件致密度和微观硬度的影响规律。揭示其成型过程中球化、孔隙、裂纹、翘曲、飞溅等缺陷的形成机理并提出防止措施，并对工艺参数进行了优化，获得高致密度、高性能的镍基合金试样。同时对添加铼的镍基合金粉末成型性试验进行初步探索。研究发现：扫描线线宽和线高随激光电流、脉冲宽度和激光频率的增加和扫描速度的降低而增大；铺粉厚度对扫描线宽的影响不大，和扫描线高之间呈正相关性；过大或过小的参数对对成型件的致密度和微观硬度都不利。GH4169镍基合金粉末选区激光熔化的优化工艺参数组为：激光电流140A，扫描速度150mm/min，扫描间距0.35mm，脉冲宽度5.5ms，激光频率12Hz，铺粉厚度0.15mm。优化工艺参数组下SLM成型件的表面基本平整，致密度达98.45%，微观硬度达427HV。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-18
  1.1 选区激光熔化技术概述  10-15
    1.1.1 选区激光熔化技术原理  10-12
    1.1.2 选区激光熔化技术优缺点  12
    1.1.3 选区激光熔化国内外研究现状  12-15
  1.2 课题来源及研究意义  15-16
    1.2.1 课题来源  15
    1.2.2 研究意义  15-16
  1.3 研究内容及技术路线  16-18
    1.3.1 研究内容  16
    1.3.2 技术路线  16-18
2 试验材料、设备及试验方法  18-23
  2.1 试验材料  18-20
    2.1.1 基体材料  18-19
    2.1.2 熔化材料  19-20
  2.2 试验设备及方法  20-23
    2.2.1 选区激光熔化设备  20-21
    2.2.2 制取试样的相关设备  21-22
    2.2.3 性能分析与组织观察设备  22-23
3 镍基合金粉末选区激光熔化工艺试验  23-43
  3.1 单层单道工艺试验  24-34
    3.1.1 激光电流对单层单道扫描线线宽、线高及外观形貌的影响  25-27
    3.1.2 脉冲宽度对单层单道扫描线线宽、线高及外观形貌的影响  27-29
    3.1.3 扫描速度对单层单道扫描线线宽、线高及外观形貌的影响  29-30
    3.1.4 激光频率对单层单道扫描线线宽、线高及外观形貌的影响  30-32
    3.1.5 铺粉厚度对单层单道扫描线线宽、线高及外观形貌的影响  32-34
  3.2 单层多道工艺试验  34-40
    3.2.1 扫描间距对单层多道扫描成型质量的影响  35-37
    3.2.2 激光电流对单层多道扫描成型质量的影响  37-38
    3.2.3 扫描速度对单层多道扫描成型质量的影响  38-39
    3.2.4 铺粉厚度对单层多道扫描成型质量的影响  39-40
  3.3 多层多道工艺试验  40-42
  3.4 本章小结  42-43
4 镍基合金粉末选区激光熔化的缺陷分析  43-53
  4.1 球化形成机理及防止措施  44-47
  4.2 孔隙形成机理及防止措施  47-48
  4.3 裂纹形成机理及防止措施  48-49
  4.4 翘曲形成机理及防止措施  49-51
  4.5 飞溅形成机理及防止措施  51-52
  4.6 本章小结  52-53
5 SLM 成型件性能分析及微观组织观察  53-66
  5.1 成型件致密度分析  53-58
    5.1.1 扫描间距对成型件致密度的影响  53-54
    5.1.2 激光电流对成型件致密度的影响  54-56
    5.1.3 扫描速度对成型件致密度的影响  56-57
    5.1.4 铺粉厚度对成型件致密度的影响  57-58
  5.2 成型件微观硬度分析  58-62
    5.2.1 扫描间距对成型件显微硬度的影响  59
    5.2.2 激光电流对成型件显微硬度的影响  59-60
    5.2.3 扫描速度对成型件显微硬度的影响  60-61
    5.2.4 最优工艺参数下成型件的微观硬度  61-62
  5.3 成型件组织形貌观察  62-64
    5.3.1 金相显微组织观察  62-63
    5.3.2 扫描微观组织观察  63-64
    5.3.3 断口形貌的观察  64
  5.4 本章小结  64-66
6 含 Re 镍基合金粉末选区激光熔化工艺试验  66-69
  6.1 含 Re 镍基合金粉末的 SLM 工艺试验  66-68
  6.2 本章小结  68-69
7 总结和展望  69-71
  7.1 工作总结  69-70
  7.2 研究展望  70-71
参考文献  71-75
攻读硕士期间发表的论文  75-76
致谢  76-77

GH4169镍基合金粉末选区激光熔化基础工艺研究

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