激光增材制造316l不锈钢的工艺及组织分析(附件)【字数：17531】
摘 要摘 要激光增材制造技术是现代机械制造的重要组成部分，激光增材制造时，确认快速成形的围观组织形貌和激光工艺参数的选择和是保证快速成形产品质量的关键所在。因此，研究激光增材制造的工艺参数及组织性能分析具有非常长远的意义。本研究首先通过单层单道激光熔覆实验研究了激光功率、激光扫描速度和送粉速度对熔敷层的宏观形貌，显微组织的影响并优化工艺参数。随后利用优化后的工艺参数进行多层多道制造，对试样凝固组织和性能进行了分析并研究了固溶热处理对材料的影响。主要结论如下在激光功率，送粉速度和激光扫描速度三种工艺参数中，激光功率对单层单道熔覆层的形貌影响最小，送粉速度的影响最大，激光扫描速度次之。单层单道熔覆层的显微组织主要由发达树枝状晶、细小树枝状晶和等轴晶组成。激光轨迹采用单向平行扫描所获得的316L显微组织由发达树枝状晶与等轴晶和细密树枝晶两种显微组织交替分布。单向平行扫描获得的产品具有各向异性，垂直于激光扫描方向的综合拉伸力学性能优于平行方向；固溶热处理可可以改变增材制造试样的显微组织形态，破坏原本的树枝晶和等轴晶，使其抗拉强度稍有降低，但是试样的断后伸长率显著提高。关键词激光增材制造技术；显微组织；拉伸力学性能；热处理
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 现代机械制造技术 1
1.1.1 减材制造技术 1
1.1.2 等材制造技术 2
1.1.3 增材制造技术 2
1.2 激光熔覆技术 4
1.2.1 激光熔覆技术概述 4
1.2.2 激光熔覆技术的特点 6
1.2.3 激光熔覆技术的应用 7
1.3 激光近净成形技术 8
1.3.1 激光近净成形技术概述 8
1.3.2 激光近净成形技术的特点 9
1.3.3 激光近净成形技术的应用 9
1.3.4 激光近净成形技术的研究进展 10
1.4 本文课题的主要研究内容 11
第二章 实验部分 12
2.1 实验设备与材料 12
2.1.1 激光系统 12
2.1.2 实验材料 13
2.2 实验 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
样品处理 14
2.2.1 熔敷试样的制备 14
2.2.2 熔敷试样热处理 14
2.3 显微组织分析 15
2.3.1 金相试样的制备流程 15
2.3.2 金相显微镜 15
2.3.3 扫描电子显微镜 16
2.4 机械性能测试 16
2.4.1 拉伸力学性能测试 16
第三章 激光工艺参数与热处理对成形件组织和性能的影响 18
3.1 确认激光增材制造工艺参数 18
3.2显微组织分析 19
3.2.1未经热处理试样的显微组织分析 19
3.2.2热处理态试样显微组织分析 23
3.3 拉伸力学性能 24
3.3.1 未经热处理试样的拉伸性能 25
3.3.2 经热处理试样的拉伸性能 28
结 论 30
致 谢 31
参考文献 32
第一章 绪 论
1.1 现代机械制造技术
现代机械制造技术是上世纪80年代提出的，但它已经有了五十多年的发展基础。从最初的纯手工制造到后来用机械制造，不仅解放了人们的双手，还提高了机械制造的生产效率和产品质量。机械制造技术作为制造业的基本技术支柱，是一个国家在制造业竞争中取得优势的关键所在。人类的发展过程便可以称之为一个制造的过程。早在新石器时期，人类便制造石器进行狩猎。此后出现了陶器，青铜器，铁器等简单的机械制造产品。但这些工具的制造过程都很简单,规模和技术水平有限。随着社会的发展和机械制造技术的不断提高，规模也在不断扩大。到了近现代，第一次工业革命发明的蒸汽机解放了生产力，使人类的双手从劳动中解放出来，开创了机器代替手工的时代，大工业工厂生产也应运而生。第二次工业革命极大地推动了社会生产力的发展，是人类进入电气时代，为现代机械制造提供了能源基础。随着科学技术的迅猛发展，计算机、微型机械等高科技产品相应问世。一方面由于制造业逐步走向全球化、竞争趋于白热化，另一方面由于新型电子元器件、自动控制技术、集成电路设计、软件系统等高新技术领域的不断突破，人们逐步提出了先进制造技术的概念。随着传统制造业向高、精、尖发展，人们对先进机械制造技术愈加的关注并使其得到快速发展。陆续出现了高速切削加工技术、精密、超精密特种加工技术、微型机械以及快速成形制造技术等高新加工技术。但无论是传统机械制造技术还是先进机械制造技术，均可以根据零件在机械加工过程中原材料的增减情况将机械制造技术分为以下几类[1]。
1.1.1 减材制造技术
减材制造(Subtractive Manufacturing，简称为SM)技术，也称为减量制造。指的是在零件制造加工过程中通过从有一定余量的原材料中逐步去除多余的部分，从而加工出满足所需尺寸、形状和性能的机械加工方法。传统机械制造技术中的车削、钳削、刨削、铰削、攻螺纹以及镗削等机械加工方法均属于减材制造技术。此外，其他一些借助外部机械来去除毛坯中多余部分的机械加工技术以及电化学加工、等离子加工以及电火花加工等先进机械制造技术也属于减材制造技术的范畴。可以说减材制造技术是现如今甚至是未来相当长时间内的主要加工制造方法。
1.1.2 等材制造技术
等材制造技术指的是在零件加工制造过程中，原材料在质量上没有发生变化、仅改变形状的机械加工方法，比如将铁丝弯曲再进行热处理加工成弹簧的过程就是等材制造的过程。此外，铸造、锻压、热轧等热加工方法以及拉拔、挤压等均属于等材制造技术的范畴。
1.1.3 增材制造技术
二十世纪以来，传统机械制造业的环境污染和资源浪费等问题受到越来越多的关注，低碳环保成为现如今的主题。在环境日益恶化的今天如何由传统制造技术向新兴绿色制造业技术的转型升级显得尤为迫切。此外，制造业同时也面临着小批量、个性化、多品种的严峻挑战。生产方式和制造模式逐渐转变为以互联网技术为支撑的智能化定制和增加材料式。如何缩短新产品的研发周期并降低新产品的开发成本也成为当代企业获得生存和寻求发展的关键所在。在此背景下，增材制造（Additive Manufacturing，简称AM）技术应运而生。此技术也称为3D打印技术、增材制造技术、快速原型制造技术。它是以计算机设计模型为基础，将粉末状、丝状或者板状的材料熔化并逐步累积，最终实成形件从无到有、自下而上的制造技术[2,3]。根据加攻材料类型分类，可将增材制造工艺可分为如下两类，如图1.1所示。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 现代机械制造技术 1
1.1.1 减材制造技术 1
1.1.2 等材制造技术 2
1.1.3 增材制造技术 2
1.2 激光熔覆技术 4
1.2.1 激光熔覆技术概述 4
1.2.2 激光熔覆技术的特点 6
1.2.3 激光熔覆技术的应用 7
1.3 激光近净成形技术 8
1.3.1 激光近净成形技术概述 8
1.3.2 激光近净成形技术的特点 9
1.3.3 激光近净成形技术的应用 9
1.3.4 激光近净成形技术的研究进展 10
1.4 本文课题的主要研究内容 11
第二章 实验部分 12
2.1 实验设备与材料 12
2.1.1 激光系统 12
2.1.2 实验材料 13
2.2 实验 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
样品处理 14
2.2.1 熔敷试样的制备 14
2.2.2 熔敷试样热处理 14
2.3 显微组织分析 15
2.3.1 金相试样的制备流程 15
2.3.2 金相显微镜 15
2.3.3 扫描电子显微镜 16
2.4 机械性能测试 16
2.4.1 拉伸力学性能测试 16
第三章 激光工艺参数与热处理对成形件组织和性能的影响 18
3.1 确认激光增材制造工艺参数 18
3.2显微组织分析 19
3.2.1未经热处理试样的显微组织分析 19
3.2.2热处理态试样显微组织分析 23
3.3 拉伸力学性能 24
3.3.1 未经热处理试样的拉伸性能 25
3.3.2 经热处理试样的拉伸性能 28
结 论 30
致 谢 31
参考文献 32
第一章 绪 论
1.1 现代机械制造技术
现代机械制造技术是上世纪80年代提出的，但它已经有了五十多年的发展基础。从最初的纯手工制造到后来用机械制造，不仅解放了人们的双手，还提高了机械制造的生产效率和产品质量。机械制造技术作为制造业的基本技术支柱，是一个国家在制造业竞争中取得优势的关键所在。人类的发展过程便可以称之为一个制造的过程。早在新石器时期，人类便制造石器进行狩猎。此后出现了陶器，青铜器，铁器等简单的机械制造产品。但这些工具的制造过程都很简单,规模和技术水平有限。随着社会的发展和机械制造技术的不断提高，规模也在不断扩大。到了近现代，第一次工业革命发明的蒸汽机解放了生产力，使人类的双手从劳动中解放出来，开创了机器代替手工的时代，大工业工厂生产也应运而生。第二次工业革命极大地推动了社会生产力的发展，是人类进入电气时代，为现代机械制造提供了能源基础。随着科学技术的迅猛发展，计算机、微型机械等高科技产品相应问世。一方面由于制造业逐步走向全球化、竞争趋于白热化，另一方面由于新型电子元器件、自动控制技术、集成电路设计、软件系统等高新技术领域的不断突破，人们逐步提出了先进制造技术的概念。随着传统制造业向高、精、尖发展，人们对先进机械制造技术愈加的关注并使其得到快速发展。陆续出现了高速切削加工技术、精密、超精密特种加工技术、微型机械以及快速成形制造技术等高新加工技术。但无论是传统机械制造技术还是先进机械制造技术，均可以根据零件在机械加工过程中原材料的增减情况将机械制造技术分为以下几类[1]。
1.1.1 减材制造技术
减材制造(Subtractive Manufacturing，简称为SM)技术，也称为减量制造。指的是在零件制造加工过程中通过从有一定余量的原材料中逐步去除多余的部分，从而加工出满足所需尺寸、形状和性能的机械加工方法。传统机械制造技术中的车削、钳削、刨削、铰削、攻螺纹以及镗削等机械加工方法均属于减材制造技术。此外，其他一些借助外部机械来去除毛坯中多余部分的机械加工技术以及电化学加工、等离子加工以及电火花加工等先进机械制造技术也属于减材制造技术的范畴。可以说减材制造技术是现如今甚至是未来相当长时间内的主要加工制造方法。
1.1.2 等材制造技术
等材制造技术指的是在零件加工制造过程中，原材料在质量上没有发生变化、仅改变形状的机械加工方法，比如将铁丝弯曲再进行热处理加工成弹簧的过程就是等材制造的过程。此外，铸造、锻压、热轧等热加工方法以及拉拔、挤压等均属于等材制造技术的范畴。
1.1.3 增材制造技术
二十世纪以来，传统机械制造业的环境污染和资源浪费等问题受到越来越多的关注，低碳环保成为现如今的主题。在环境日益恶化的今天如何由传统制造技术向新兴绿色制造业技术的转型升级显得尤为迫切。此外，制造业同时也面临着小批量、个性化、多品种的严峻挑战。生产方式和制造模式逐渐转变为以互联网技术为支撑的智能化定制和增加材料式。如何缩短新产品的研发周期并降低新产品的开发成本也成为当代企业获得生存和寻求发展的关键所在。在此背景下，增材制造（Additive Manufacturing，简称AM）技术应运而生。此技术也称为3D打印技术、增材制造技术、快速原型制造技术。它是以计算机设计模型为基础，将粉末状、丝状或者板状的材料熔化并逐步累积，最终实成形件从无到有、自下而上的制造技术[2,3]。根据加攻材料类型分类，可将增材制造工艺可分为如下两类，如图1.1所示。
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