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1、碩士學(xué)位論文316L不銹鋼粉末凝膠注模成形工藝研究RESEARCHOF316LSTAINLESSSTEELPOWDERMATERIALSBYGELCASTING李恒渠哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國內(nèi)圖書分類號：TG146.2+3學(xué)校代碼：10213國際圖書分類號：621.785密級：公開工程碩士學(xué)位論文316L不銹鋼粉末凝膠注模成形工藝研究碩士研究生：李恒渠導(dǎo)師：胡連喜教授申請學(xué)位：工程碩士學(xué)科：材料工程所在單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院答辯日期：2018年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TG146.2U.D.C:621.785Di
2、ssertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHOF316LSTAINLESSSTEELPOWDERMATERIALSBYGELCASTINGCandidate：LiHengquSupervisor：Prof.HuLianxiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsSci.&Eng.DateofDefence：June,20
3、18Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要3D打印技術(shù)是一種快速成形增材制造技術(shù)具有生產(chǎn)周期短、可成形復(fù)雜零件、材料利用率高等優(yōu)點(diǎn)與凝膠注模成形的濕法粉末冶金技術(shù)相互結(jié)合可以代替金屬3D打印從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜金屬零件的快速成形。本文以氣霧化316L不銹鋼為原材料，首先采用3D打印的方法制備復(fù)雜塑料模殼作為后續(xù)漿料充填及反應(yīng)固化的容器。研究不同單體溶劑配比、分散劑加入量以及引發(fā)劑與催化劑配比通過分析漿料粘度、固化時間、坯體強(qiáng)的等指標(biāo)選出最佳配置漿料比例。采用Fluent軟件進(jìn)行漿料充
4、填模具過程的模擬，揭示了粘度對充型過程及充填結(jié)果的影響。對坯體進(jìn)行熱失重分析，根據(jù)熱失重分析的結(jié)果選擇400℃保溫，1200-1350℃燒結(jié)并保溫1-2h的燒結(jié)工藝對不銹鋼坯體進(jìn)行燒結(jié)實(shí)驗(yàn)。揭示了燒結(jié)溫度與保溫時間對零件金相組織、彎曲強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、硬度及致密度的影響。研究結(jié)果確定了316L不銹鋼通過3D打印凝膠注模成形的方法快速制備復(fù)雜零件的工藝路線，為低成本、高效率地制備復(fù)雜形狀、大尺寸金屬零部件奠定了基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)在室溫下探究了漿料各成分比例的變化對粘度的影響，結(jié)果顯示漿料固相含量、單體溶劑比例以及分散劑含量均對漿料粘度影響較大。通過探究交聯(lián)劑與催化劑的
5、配比對固化時間及反應(yīng)程度的影響，結(jié)果顯示固化時間隨交聯(lián)劑催化劑增加而減少，但是反應(yīng)時間過短會使反應(yīng)過于劇烈導(dǎo)致致密度下降。通過三點(diǎn)彎曲的方法探究不同固相含量對坯體強(qiáng)度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明坯體強(qiáng)度隨固相含量的提高先上升后下降。結(jié)合不同剪切速率下的粘度根據(jù)非牛頓流體的Carreau模型擬合所測得的粘度數(shù)據(jù)。在Fluent軟件中建立準(zhǔn)確的三維模型并導(dǎo)入粘度、密度等材料數(shù)據(jù)，對不同固相含量的漿料充型情況進(jìn)行模擬。選取典型模擬工況進(jìn)行試驗(yàn)比對，結(jié)果顯示模擬情況與實(shí)際充填情況較為符合，可以根據(jù)模擬結(jié)果對復(fù)雜零件的充型情況進(jìn)行預(yù)測。對固化坯體進(jìn)行熱重分析得到甲苯—HEMA
6、凝膠體系的TG—DSC曲線，根據(jù)熱失重曲線以及316L不銹鋼熔點(diǎn)確定保溫溫度及一系列燒結(jié)溫度，并對燒結(jié)后材料進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨著燒結(jié)溫度的提高材料的致密度及力學(xué)性能均得到提升，且晶粒的尺寸均發(fā)生變化。結(jié)合微觀組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能發(fā)現(xiàn)，在1350℃保溫1.5h為凝膠注模成形316L不銹鋼燒結(jié)的最佳工藝參數(shù)。關(guān)鍵詞：凝膠注模成形；316L不銹鋼；固相含量；數(shù)值模擬；燒結(jié)強(qiáng)度IAbstractAbstractAsarapidprototypingadditivemanufacturing(AM)technology,3Dprintingisattracting
7、progressiveincreaseinresearchers’attention.Still,therearenumerousobstaclesinitswayofdevelopment.Metallic3Dprinting,usingmetalpowderasrawmaterial,hasflawssuchashighequipmentcostandlackofintensityofproduct.Powderhydrometallurgy,developedbycombinationof3Dprintingwithgelcasting,iscapab
8、leofachievingrapidprototyp
