GH4169合金选区激光熔化熔池形态及气孔缺陷研究.pdf

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1、硕士学位论文GH4169合金选区激光熔化熔池形态及气孔缺陷研究STUDYONMELTPOOLMORPHOLOGYANDPOROSITYDEFECTOFGH4169ALLOYFABRICATEDBYSELECTIVELASERMELTING孙雄凯哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG456.7学校代码：10213国际图书分类号：669.2密级：公开工学硕士学位论文GH4169合金选区激光熔化熔池形态及气孔缺陷研究硕士研究生：孙雄凯导师：苏彦庆教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日

2、期：2018年06月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG456.7U.D.C：669.2DissertationfortheMasteralDegreeinEngineeringANALYSISOFMELTPOOLMORPHOLOGYANDPOROSITYDEFECTOFGH4169ALLOYFABRICATEDBYSELECTIVELASERMELTINGCandidate：SunXiongkaiSupervisor：Prof.SuYanqingAcademicDegreeAppliedfor

3、：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要选区激光熔化(SLM)技术可对高温合金材料进行3D打印，直接成形近终端或终端金属零件，具备独特的成形优势。但是，

4、在选区激光熔化成形件中，总能发现孔洞的存在，这极大地影响了零件的力学性能，其中气孔是最典型的成形缺陷。因此本论文以GH4169合金为对象，利用计算流体力学模拟与实验研究结合的途径，系统地研究了孔洞的形成原因和消除方法。本文基于正交实验，研究了各工艺参数对激光单道扫描成形熔道形态的影响，以揭示激光加工的熔池特性。进一步利用双道扫描、三道扫描实验探索熔道形态的演变规律。实验发现，在低的激光功率区，线能量密度越低，激光对基体的重熔作用越强。激光扫描速率越大，熔道高度越小，所有熔池深度较大的工艺扫描速率都不低于0.8m/s。低功率

5、、低功率密度情况下，及高功率、高功率密度情况下选区激光熔化实验熔池的穿透深度较大。从激光单道扫描向双道扫描、三道扫描转变时，熔道的高度逐渐降低，由80μm逐渐降低到41μm，十分接近铺粉层厚度。并且在观察双熔道和三熔道时发现，优先扫描的熔道高度稍高，后扫描的熔道高逐渐降低。对成形试样上的气孔缺陷进行观察和统计，结果表明扫描功率200W，扫描速率0.4m/s的试样中匙孔缺陷最严重，遍布于熔池底端，扫描速率升高后出现匙孔概率明显减小。此时直径2-10μm的孔洞稀疏地随机分布于试样内，认为是雾化粉末材料内部自带气孔导致。实验中还

6、发现激光重熔基体材料有助于消除基体上的成形缺陷，小高深比参数下，激光对基体的重熔作用强，且熔池稳定。利用计算流体力学进行SLM加工过程数值模拟，仿真匙孔形态和熔池的形态特征，得到不同工艺参数下熔池达到稳态或者准稳态的时间、移动距离。将几微米的微气泡受力等效为颗粒在流场中的受力，结合流场发现气泡自身难以逃逸，需激光重熔作用来消除此类缺陷。关键词：选区激光熔化；熔池形态；熔池演变；气泡运动I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractSelectivelasermelting(SLM)technologycanbeusedf

7、orprintingofsuperalloyinthreedimensionsandfabricatingterminalornear-terminalmetalpartsdirectly.Itiswidelyacknowledgedasa3D-printingmethodthathasuniqueadvantagesinmaterialforming.However,thepresenceofporescanalwaysbefoundintheSLMformingparts,whichgreatlyaffectsthem

8、echanicalpropertiesoftheparts.Amongallformingdefects,poresarethemosttypicalone.Therefore,inthisstudy,theformationandeliminationofporesaresystematicallyr