选择性激光熔覆制备40Cr13不锈钢中裂纹的微观形貌分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

40Cr13不锈钢作为客体材料，标准：（GB/T1220-2007），40Cr13不锈钢属于马氏体类不锈钢。因含碳较高，故具有较高的强度、硬度和耐磨性，但耐蚀性稍差，用于力学性能要求较高、耐蚀性能要求一般的一些零件上，如弹簧、汽轮机叶片、水压机阀等。这类钢是在淬火、回火处理后使用的，锻造、冲压后需退火[1、2]。40Cr13不锈钢材料化学成分如表1.1.

表140Cr13的化学成分

选择性激光熔覆技术（SelectiveLaserMelting，SLM）近年来，随着激光技术在材料加工领域应用的迅速发展，激光快速成形技术直接制造致密金属零件的方法受到广泛重视，国内外相关研究机构投入大量的人力和物力研究该项技术,选择性激光熔化是一种新型激光快速制造技术，它基于分层叠加堆积原理，实现金属零件的快速制造，使之致密度近乎100%,机械性能与锻造工艺成形性能相当卓越。该技术具有成形材料广泛，成形零件无需支撑和成形复杂结构零件的优势，被认为最具发展前景的快速制造技术之一[3]。

SLM工作时,首先在基板上面上铺一层薄薄的粉末材料,然后,用电脑控制激光束按照截面形状的尺寸信息,对制件实心部分所在的区域行扫描,使该区域的粉末的温度超过其熔化点,该区域粉末完全熔化,从而得到这一层的截面形状。而在非熔化区中的粉末仍处于原始状态,为下一层粉末做基底。每次将一层截面的粉末熔化成形后,工作台下降0.02~0.10mm,之后在进行铺粉与激光熔化,如此循环,不断累加，由面成体，最终形成部件的三维形态。当产品整体完成后,清除其周围未熔化的粉末,即可得到所需要的最终产品[4-6]。

目前选择性激光熔覆技术在国际上有着重要地位，德、日、美、法等国均有深入研究，其中德国在该领域处于领先地位，并可以成熟地制造金相组织均匀、成型精度较高的金属零件。我国起步较晚，还需要对选择性激光熔覆过程机理及其成型件的密度、强度精度的影响因素做深入研究。北京航空航天大学、西北工业大学等校在各自的研究领域有着重大进展，华南理工大学、华中科技大学和北京工业大学等几家研究机构已经可以做出成熟的选择性激光熔覆设备和和完备的工艺流程。其中华中科技大学旗下的华科三维科技有限公司先后自主研发出了多系列的快速成型系统，如S系列、P系列、C系列、M系列和L系列。其中，M系列利用激光直接熔化合金金属粉末材料，采用光纤激光器，在无需刀具和模具条件下成型出任意复杂结构和接近100%致密度的金属零件。该技术利用粉末材料叠层成形，材料利用率超过了90%，特别适合于钛合金、镍合金等贵重和难加工金属零部件的成形制造。在航空航天、生物医疗等领域具有广泛的应用前景。设备如图1.1

图1.1HKM系列快速成形系统

在实际生产中，激光束在铺好的金属粉末上快速扫描，出现快速融化与快速凝固，然而由于这个过程过于迅速只有几毫秒，导致在样品中会产生热应力，从而导致样品出现开裂与翘曲[7-9]。同时SLM成形过程中，融化的金属液凝固后出现球化现象,导致成形表面粗糙的不规则纹理，当上下两层都有球化现象时会产生缝隙导致无法达到100%致密。SLM成形工艺有利于减少金属件内部应力集中、改善金属粉末熔化状况和促进SLM铸件的致密化[10]。

2. 研究的基本内容与方案

选择性激光熔覆（3d打印）技术制备316l不锈钢已经较为成熟。40cr13不锈钢作为一种应用广阔的模具材料，采用激光熔覆制备时常常因为开裂而失效，成形件的翘曲和开裂现象始终是限制该材料广泛应用的难点[11-15]。40cr13不锈钢在制备过程中存在有裂纹，裂纹产生机理有很多种，前期研究中发现，如果改变制作产品z轴取向，裂纹也会有所改变[16-20]。

2.2研究目标

本试验着重分析产生的裂纹产生与轴向的关系，所以要检测裂口附近的元素分布，金相结构等。从而研究裂纹产生原因，分析与轴向的关系。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-8周：按照设计方案，制备40cr13不锈钢样品。

第9-12周：采用xrd、xps、epma、万能试验机等测试技术及设备对40cr13不锈钢试样裂纹微观形貌进行分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]王平怀;王伯健;宋景娜;淬火温度对2cr13不锈钢组织和性能的影响材料热处理技术2008.04.14

[2]李瑞迪;史玉升;刘锦辉;章文献304l不锈钢粉末选择性激光熔化成形的致密化与组织应用激光2009-10-15

史玉升;章文献;刘锦辉;鲁中良.316l不锈钢粉末选择性激光熔化快速成形的工艺研究.[j]应用激光2009-10-24