3D打印扫描工艺与TC4合金拉伸性能之间关系的研究

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1、硕士学位论文3D打印扫描工艺与TC4合金拉伸性能之间关系的研究RESEARCHONTHERELATIONSHIPBETWEEN3DPRINTINGSCANNINGPROCESSANDTENSILEPROPERTIESOFTC4ALLOY姚志富哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG146.2学校代号：10213国际图书分类号：544.6密级：公开工学硕士学位论文3D打印扫描工艺与TC4合金拉伸性能之间关系的研究硕士研究生：姚志富导师：刘兴军教授申请学位：工学硕士学科：材料物理与化学所在单位：哈尔滨工业大学（深圳）答辩日期：2018年06月授予学位

2、单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG146.2U.D.C:669.2DissertationfortheMaster’sDegreeofEngineeringRESEARCHONTHERELATIONSHIPBETWEEN3DPRINTINGSCANNINGPROCESSANDTENSILEPROPERTIESOFTC4ALLOYCandidate：YaoZhifuSupervisor：Prof.LiuXingjunAcademicDegreeAppliedfor：Master’sDegreeofEngineeringSpeciali

3、ty：PhysicalChemistryOfMaterialsAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要选区激光熔化（SelectiveLaserMeltingSLM）是通过激光束熔化金属粉末进行成形的一种金属增材制造技术。采用这种成形工艺获得工件具有致密度高、强度大以及尺寸精确等优势，因而普遍应用于生物医疗、汽车制造以及航空航天等领域。选区激光熔化技术区别于传统

4、的铸造、锻压等成形方式，其采用逐层累加的方式进行成形，在同一打印层内，通过熔道间“搭接”进行连接，在垂直方向相邻层间通过层间“搭接”进行连接，因此，搭接效果的好坏会直接对成形件力学性能产生影响。但是到目前为止，关于选区激光熔化技术的搭接过程与Ti-6Al-4V（TC4）成形件力学性能之间的关系并没有清晰完善的报道。为了探究SLM成形过程中搭接过程与其成形件力学性能的关系，本文研究了不同扫描间距、不同打印层厚以及不同路径规划对力学性能的影响，并从显微组织、晶粒大小、内部缺陷等角度对搭接效果与力学性能间关系进行了综合分析。取得的主要结果如下：研究了水平搭接对

5、SLM成形TC4合金水平方向拉伸性能的影响以及原因，结果表明：当扫描间距（h）在30μm–90μm之间，随着扫描间距增大，断裂延伸率逐渐增加，抗拉强度逐渐降低，这是因为马氏体水平角度和直径以及初生β晶粒变小提升了材料塑性，此外增加扫描间距增，材料内部空洞缺陷呈现增加趋势，降低了打印件强度，特别是当扫描间距为110μm时，材料内部孔洞缺陷急剧增加，致其抗拉强度和塑性均较差。对不同打印层厚以及路径规划对垂直方向力学性能的影响进行了研究，结果显示：当打印层厚从30μm增加到50μm时，由于内部缺陷增加导致垂直方向的抗拉强度和塑性都减小。相比扫描间距，内部缺陷对

6、打印层厚更加敏感，当打印层厚为20μm时，呈现脆性断裂。通过S型、Strip、Chess以及S正交四种路径规划比较，Chess路径规划打印件垂直方向塑性最好，断裂延伸率达到10.80%，S正交打印件强度最高，抗拉强度达到1234MPa；Strip打印件强度和塑性居中，S型打印件呈现脆性断裂。关键词：选区激光熔化；拉伸性能；TC4合金；EBSD；内部缺陷-I-AbstractAbstractSelectiveLaserMelting(SLM)isametaladditionmanufacturingtechnologyformedbymeltingmeta

7、lpowderbylaserbeam.Thistechnologyhastheadvantagesofhighdensity,highstrengthandprecisioninsize,soitiswidelyusedinbiologicalmedicine,automobilemanufacturingandaerospaceandotherfields.TheSLMtechnologyisdifferentfromthetraditionalcasting,forgingandotherformingmethods,whichisformedbya

8、ddingalayerbylayer.Inthesameprintinglaye