选区激光熔化成形316L表面质量及工艺试验研究

目的提高选区激光熔化成形316L不锈钢的成形表面质量,达到高质高效成形效果。方法采用380W功率的激光进行SLM成形,对比160μm大层厚和1000 mm/s以上高速率两种工艺组合,对表面及截面缺陷形成机理进行试验研究,检测其表面形貌、致密度、微观组织、力学性能等,探索316L高质高效打印成形的工艺方法。结果选区激光熔化成形316L不锈钢主要有球化、搭接、熔池间未熔合的表面缺陷,截面具有气孔、球化、熔池间未熔合的缺陷。曝光时间对于大层厚成形截面质量影响最大,增加曝光时间会提高成形致密度;而较小的曝光时间和点距以及线间距更有利于高速率成形。在1000 mm/s高速率试验条件下,即曝光时间、点距、线间距分别为30μs、30μm、90μm时,试件致密度达到99.99%。结论高速率成形的截面质量通过工艺优化组合可达到高致密度,且通过表面重熔工艺改善表面效果明显,整体性能最优。大层厚参数打印成形虽可达到高致密度,但在表面质量方面与高速率成形参数存在较大差距。综合比较,高速率成形在保证较好表面质量的前提下可以达到高致密度。     

体能量密度对SLM成形316L不锈钢耐腐蚀性的影响

为了探究不同体能量密度对SLM成形316L不锈钢耐腐蚀性的影响,采用正交试验法制备不同激光功率、扫描间距和扫描速度下的SLM 316L不锈钢成形件,利用扫描电镜和电化学试验对其微观组织和自腐蚀电位进行观察和测量。结果表明,体能量密度过大或过小时,成形件表面的气孔和孔洞等缺陷较多,自腐蚀电位减小,耐腐蚀性变差。体能量密度为44.64 J/mm^-3时,SLM 316L不锈钢成形件的自腐蚀电位最高,组织表面的气孔等缺陷相对较少,耐腐蚀性最好。激光功率、扫描间距和扫描速度对SLM 316L不锈钢成形件的耐腐蚀性影响的次序为:激光功率＞扫描间距和扫描速度,最佳的工艺参数组合为激光功率250 W,扫描间距0.14 mm,扫描速度800 mm/s。     

选区激光熔化制备316L不锈钢成形工艺参数对致密度的影响和优化

为提高采用选区激光熔化技术制备316L不锈钢的致密度,设计影响致密度的主要工艺参数(激光功率和激光扫描速度)进行优化实验,并借助金相显微镜、扫描电镜分析了激光功率和激光扫描速度对孔隙、裂纹和气泡的影响。引入线能量密度,综合表征了工艺参数对致密度的影响,建立了适用于桌面式金属3D打印机的316L不锈钢致密度的预测数学模型。结果表明:激光功率和激光扫描速度对成形件的致密度具有显著的影响,线能量密度在175～250 J·m~(-1)范围内时,316L不锈钢成形件的致密度达到99. 95%以上;激光功率为200 W、激光扫描速度为900 mm·s~(-1)时,致密度达到99. 98%。     

选区激光熔化不同层厚316L不锈钢的微观形貌及性能

采用选区激光熔化技术成型50、100和150μm层厚的316L不锈钢粉末,确定不同层厚工艺窗口,并对不同层厚缺陷、微观组织形貌及拉伸性能进行对比。结果表明,三种层厚成型件均可达99.99%致密度,且可通过调整工艺参数避免成型件产生孔洞,抑制球化以及微型气孔的形成。样件组织均为等轴晶及柱状晶,且由于较大的过冷度,50μm层厚样件晶粒细小,因此屈服极限、拉伸强度分别可达550 MPa、645 MPa;150μm层厚由于较多的柱状晶,伸长率可达43%。     

SLM成形316L工艺对滑动磨损特性及硬度的影响

目的提高选区激光熔化(SLM)成形316L不锈钢的耐磨性和硬度。方法在能量密度为50～110 J/mm~3、扫描间距为0.04～0.12 mm范围内,改变能量密度和扫描间距两种工艺参数,采用选择性激光熔化技术(SLM)制备了12种316L不锈钢试样。通过表面粗糙度测量、孔隙率测量、销盘摩擦试验和布氏硬度试验,研究了工艺参数对SLM成形316L不锈钢试样的摩擦磨损特性和硬度的影响。结果能量密度为90 J/mm~3且扫描间距为0.12 mm时,表面粗糙度Ra最小,为5700 nm。孔隙率范围为12.35%～0.94%,扫描间距为0.12 mm的试样的孔隙率比扫描间距为0.04 mm和0.08 mm的孔隙率小。扫描间距不变时,孔隙率随能量密度增大而减小。能量密度为50 J/mm~3时,扫描间距为0.12 mm的试样的摩擦系数和磨损率比扫描间距为0.04 mm和0.08 mm的要小;能量密度不变时,扫描间距为0.12 mm的试样硬度比扫描间距为0.04mm和0.08 mm的试样高。结论改变扫描间距和能量密度会直接影响成形试样的表面粗糙度、孔隙率。研究范围内,表面粗糙度和孔隙率随扫描间距增大而减小。孔隙率与磨损量及硬度存在相关性:孔隙率越小,硬度越大,磨损率越小。因此,合理选择工艺参数可以降低孔隙率,进而提高表面质量,降低磨损率,增大硬度。     

激光功率对激光选区熔化316L不锈钢微观形貌和性能的影响

采用激光选区熔化(SLM)技术制备316L不锈钢试样。通过单因素实验的方法,研究了激光功率对SLM成形316L不锈钢试样微观组织、致密度、显微硬度和表面粗糙度的影响。结果表明:SLM成形316L不锈钢试样组织主要由奥氏体组成,且存在少量的铁素体。当激光功率为160 W时,SLM成形316L不锈钢试样微观组织主要为胞状晶且分布均匀,显微硬度和致密度均达到最大值386.2 HV和95.96%,粗糙度达到最小值11.7μm,成形效果最佳。     

选区激光熔化TC4球化飞溅机理及其试验研究

目的 提升单熔道、单层面的成形质量和打印精度,通过对球化、飞溅缺陷机理的研究及试验探索,寻找减少其产生的最优工艺路径.方法 采用不同激光功率、点间距、线间距的打印策略成形单熔道,通过单熔道的成形质量,初步选取表面质量较好的成形工艺参数范围,进行单层面的成形试验.在单熔道、单层面成形试验中,进行球化、飞溅缺陷产生的研究和分析,探讨其产生机理及对表面质量的影响,并进一步进行单层面试验研究,找到合理的工艺参数取值范围,以此提升单层面表面质量.结果 球化、飞溅缺陷对于单熔道、单层面的成形质量及精度都有较大影响.能量密度是影响缺陷产生的主要原因,适当的能量密度可以提升表面质量,线能量密度在0.4～0.6 J/mm、面能量密度在4～6 J/mm2时,所成形的样件表面较为平整,球化、飞溅缺陷明显减少,成形质量好,精度较高.结论 当能量密度合适时,球化、飞溅缺陷明显减少,单熔道、单层面的成形效果好,流动均匀且连续.球化、飞溅缺陷有一定的规律性,可以通过最优工艺参数进行避免.     

316L不锈钢扩散焊工艺研究

运用扩散焊技术焊接316L不锈钢,使数张薄板搭接,多道焊缝接头一次焊接成形。影响扩散焊接头质量的主要因素为焊接温度、焊接时间、焊接压力,文中通过多组正交试验研究不同参数对316L不锈钢焊接质量的影响,对比确定了316L不锈钢扩散焊合理的工艺参数,焊接温度为1 100℃,焊接时间为180 min,焊接压力值为6.89 MPa。     

SLM成形金属薄壁件表面缺陷形成机理研究

选区激光熔化技术（SLM）被认为是最具潜力的金属增材制造技术之一。对SLM成形316L不锈钢薄壁件侧壁表面形成机理与优化策略进行了研究。实验结果发现：随着体能量密度的逐渐提升,SLM成形金属薄壁件侧壁粘粉、凹陷（孔隙）等表面缺陷及壁厚精度均呈现分段性变化,即熔池烧结存在固相烧结、稳态传导和非稳定匙孔三种模式。不同体能量密度条件下的熔池热、动力学行为耦合作用改变,使得各种表面缺陷的分布、形貌乃至形成过程均不同。重点分析了叠层褶皱、道内震荡褶皱及飞溅沉积褶皱三类表面褶皱形貌的形成机理。上述研究为提高SLM成形复杂薄壁结构表面质量提供了实验与理论借鉴。     

316L不锈钢超薄板激光焊接工艺试验研究

厚度为0.1mm的超薄金属板在薄壁板式换热器、燃料电池极板等能源、制冷行业中应用广泛,激光焊接是这类零件主要的连接工艺。由于厚度仅有0.1 mm,传统的多模光纤激光光斑较大,热输入不够集中,会造成构件焊后变形过大,影响构件质量。本文通过单模与多模激光焊接0.1 mm厚316L不锈钢超薄板工艺对比试验,探究了单模激光器焊接316L不锈钢超薄板的可行性,以及单模激光焊接的优势。结果表明,单模光纤激光器在功率为40 W时便可以实现对316L不锈钢金属超薄板的有效连接,同时焊缝熔宽更窄,焊接变形量变小。     

基于SLM技术的3D打印工艺参数对316不锈钢组织缺陷的影响

采用金属选区激光熔化(SLM)成形技术打印制备了316不锈钢,通过扫描电子显微镜(SEM)对比研究了不同SLM工艺参数下的组织缺陷,并测试了其致密度。结果表明,SLM技术打印的316不锈钢组织缺陷主要表现为孔洞和裂纹。工艺参数对其组织缺陷和致密度存在着显著的影响:随着扫描功率的逐渐增大,孔洞缺陷明显减少,裂纹数量也极少,试样的致密度逐渐提高;然而,随着扫描速度和扫描间距的逐渐增大,孔洞及裂纹缺陷均增多,试样的致密度逐渐降低。316不锈钢较优的SLM工艺参数为S=0.05 mm,P=450 w和v=1 500~2 000 mm/s,该条件下组织中只存在极少量的裂纹,试样的致密度高达95.62%。     

核级316LN不锈钢激光填丝堆焊技术研究

采用高功率光纤激光对核级316LN不锈钢板材进行填丝堆焊,焊材选用308L不锈钢焊丝,研究了激光功率、堆焊速度、送丝速度等工艺参数对焊道成形、显微组织及力学性能的影响。结果表明:工艺参数的组合必须保证焊接以熔池过渡形式进行,才能获得良好的成形效果,其中试验所得的最优工艺参数组合为:激光功率3 k W,堆焊速度4 mm/s,送丝速度40 mm/s。在最佳工艺参数条件下,可以制备出表面波纹均匀、平整度高的堆焊层,且显微硬度分布比较均匀,搭接界面无明显硬化,抗拉强度与伸长率高达705MPa和48%,分别为母材的115%和88%。堆焊层的显微组织为外延生长的柱状树枝晶,且晶粒细小、均匀。     

核级不锈钢槽型缺陷的激光补焊技术研究

采用高功率光纤激光对核级316LN不锈钢板材进行填丝堆焊工艺研究,焊材选用Inconel690镍基焊丝,并在最优工艺参数下,对槽型模拟缺陷进行了补焊修复。结果表明:在合理的工艺参数条件下堆焊层成形效果良好,其中,采用激光功率为4 k W、堆焊速度为8 mm/s、送丝速度为2.4 mm/s的工艺参数组对槽型模拟缺陷进行修复,补焊效果良好。修复试样抗拉强度与伸长率为544.56 MPa和44.49%,分别为母材的86.3%和81.63%。焊缝与母材结合区无明显硬化,侧弯试验PT检测无缺陷。堆焊层的显微组织为外延生长的柱状树枝晶,晶粒细小、均匀。     

工艺参数对SLM成型316L不锈钢致密度的影响及缺陷表现方式

利用选区熔化成型技术(SLM)制备了316L不锈钢试样。通过正交实验法研究了工艺参数对试样致密度的影响,利用扫描电镜(SEM)观察了试样组织缺陷,最后用金相显微镜观察试样表面的组织结构,同时验证试样的致密度。结果表明,工艺参数对试样致密度的影响顺序从大到小依次为:扫描间距、激光功率、扫描速度。体能量密度在小于52.33 J/mm~3时,致密度随着体能量密度增大而增大;体能量密度在大于52.33 J/mm~3时,致密度变化不明显,维持在94.09%～95.91%。由扫描间距过低造成的体能量密度过低会使试样表面出现行列式分布的孔洞,在一定范围内调高激光功率和调低扫描速度能有效减缓孔洞数量。试样组织相为单项奥氏体,试样致密度越大,孔洞越少。     

激光选区熔化316L不锈钢的组织与性能

使用自行制备的316L气雾化粉末和选区激光熔化设备,制备了316L不锈钢试样,并获得了优化工艺参数。结果表明,扫描间距对试样的致密度和性能有明显影响。在激光功率280 W、扫描速度950 mm/s、扫描间距0.1 mm时,能实现致密316L不锈钢的打印成形,获得的试样抗拉强度达到636.1 MPa,伸长率达39.5%,无缺口冲击值达172.0 J。     

选区激光熔化成形和热处理工艺参数对316L钢试块的力学性能和表面质量的影响

采用选区激光熔化技术,以不同的工艺参数,包括激光扫描速率(500～1 250mm/s)、曝光时间(8～60μs)、点间距(10～30μm)、线间距(90～130μm)等,制备了316L不锈钢试块,并对试块分别进行了500和900℃退火和1 000～1 050℃固溶处理。随后检测了试块的力学性能、显微组织和表面质量。结果表明:采用选区激光熔化工艺成形的316L钢试块可能会产生搭接、球化和气孔等表面缺陷,以及熔池内微孔、熔池间未熔合等截面缺陷,采用较高的激光扫描速率、较小的点间距、较短的曝光时间有利于改善试块的表面质量。此外,固溶处理可提高选区激光熔化成形的316L钢试块的力学性能:抗拉强度高达682 MPa,屈服强度约537MPa,断后伸长率约41%。     

硬质合金/不锈钢激光焊焊接性分析

使用光纤激光作为焊接热源,采用不同厚度的因瓦合金对WC-20Co和316L不锈钢进行对焊。使用X射线检测技术、光学显微镜、扫描电镜分析了焊缝缺陷与显微组织,研究了因瓦合金中间层厚度对WC-20Co与316L的异质金属焊接接头的影响。研究结果表明:激光焊可以实现以因瓦合金为中间层的WC-20Co/316L不锈钢的连接。因瓦合金与316L不锈钢侧连接较好,熔合较均匀,而与WC-20Co侧熔合缺陷稍多,出现气孔、裂纹等缺陷。当因瓦合金厚度为1.5 mm时,可以获得综合性能较好的焊缝成形,其焊缝宽度为3.4 mm,且焊缝内部无裂纹、气孔等缺陷。     

激光选区熔化316L不锈钢小型薄壁复杂零件成形质量分析

为评估西南地区第1台具有完全自主知识产权的500 W激光选区熔化成形(Selective Laser Melting,SLM)设备YS-340M的成形零件质量,采用316L不锈钢粉末对典型小型薄壁复杂零件叶轮进行了试制,并利用万能拉伸试验机、金相显微镜、扫描电镜以及三维激光扫描仪对成形316L不锈钢的力学性能、微观组织以及叶轮尺寸精度进行了检测。检测结果显示:在激光体能量密度为97. 2 J·mm~(-3)的情况下,YS-340M成形的316L不锈钢的抗拉强度为615. 6 MPa、屈服强度为528 MPa;成形件力学性能存在各向异性,垂直方向强度约为水平方向的90%左右;试样断口为典型的韧性断裂,存在未完全熔化的圆球形粉末;成形叶轮与理论模型总体尺寸偏差均小于0. 2 mm,成形零件尺寸精度为IT12,与使用温锻方法成形的零件尺寸精度一致,并且超过使用热锻方法成形的零件尺寸精度。     

选区激光熔化MnSi2增强316L不锈钢复合材料的表面质量及耐蚀性能

为改善316L不锈钢在海洋环境下的耐腐蚀性能,通过MnSi₂增强316L不锈钢基体,采用选区激光熔化(SLM)制备MnSi₂/316L不锈钢复合材料。利用Image-Pro Plus软件、光学显微镜、扫描电镜(SEM)及电化学工作站研究了激光功率对316L不锈钢金属基复合材料致密度及耐腐蚀性能的影响,通过Tafel极化曲线和阻抗谱表征其耐腐蚀性能的强弱,并通过点蚀形貌揭示了其腐蚀机理。结果表明:添加MnSi₂是提高316L不锈钢耐腐蚀性能的有效途径。随着激光功率的增大,耐腐蚀性能呈现先提高后降低的趋势,当激光功率达到190 W时,2%MnSi₂/316L不锈钢复合材料的致密度为99.80%,其腐蚀电位为－0.053 V (vs SCE)。同时,2%MnSi₂可以显著改善316L不锈钢的成形质量,提高其耐腐蚀性能,其腐蚀形式为氯离子诱导氯化物生成的点蚀,且点蚀产生位置主要集中在孔隙边界处。     

316L不锈钢套筒热挤压工艺研究

对316L不锈钢套筒热挤压成形工艺和模具设计进行了研究,确定了加热温度、压力等主要工艺参数及模具结构,制定了最终热处理工艺。挤压成形工艺与切削加工相比材料利用率提高。