激光选区熔化成形316L不锈钢组织和力学性能分析

为了综合评价激光选区熔化成形316L不锈钢的力学性能,制备了不同成形方向的316 L不锈钢试样,观察了试样微观组织,测试了其拉伸性能、布氏硬度、冲击性能、弯曲性能.结果表明,微观组织主要为胞状晶及呈外延生长的柱状晶,且柱状晶晶粒取向各不相同,在相邻熔覆道熔合线附近的晶粒尺寸大于远离熔合线区域.激光选区熔化制备的试样的抗...     

预热对选区激光熔化316L不锈钢力学性能的影响

为了提升激光增材制造316L不锈钢的综合性能,比较了室温、预热100℃和200℃三种条件下选区激光熔化(SLM) 316L不锈钢试样的组织、拉伸性能、冲击韧性和疲劳性能。结果表明：SLM制备的316L具有显著的各向异性。沿水平面方向和沿垂直方向取样时,试样室温冲击功分别约为轧制板材的47%和44%;室温制备SLM试样承受垂直方向载荷时的抗拉强度约为其承受水平方向载荷时的抗拉强度的81.6%。预热对致密度和冲击韧性的影响很小;预热使显微硬度和抗拉强度略微降低、延伸率略微提高,但总体上变化不显著。在所设置的试验条件下,预热对试样承受垂直方向载荷时的疲劳寿命的影响很小,但使试样承受水平方向载荷时的疲劳寿命得到明显提高。分析认为,预热后试样在疲劳试验中需要经历更多循环载荷加载次数才能达到临界裂纹尺寸。     

选区激光熔化制备316L不锈钢点阵结构的力学性能研究

利用选区激光熔化技术制备了3种类型的316L不锈钢点阵结构试样。进行了准静态单轴压缩试验,结果显示,与实体金属结构相比,点阵结构的弹性模量从180 GPa降低至2 GPa以下。进一步地研究发现,孔隙率是影响点阵结构刚度的主要因素之一,并得到了相应的数值关系。在保证整体尺寸和孔隙率不变的情况下,点阵的大小和数量的改变对点阵结构刚度和屈服强度的影响较小。然后建立了有限元模型分析全尺寸点阵结构的宏观变形和应力分布以及单点阵的微观应力、应变的变化规律。利用超景深显微系统检测了试样的打印精度,发现在垂直于打印方向上测量的杆径值均大于平行于打印方向上测量的杆径值。最后根据工业用计算机断层成像系统检测结果,得到了点阵结构的变形机制。     

选区激光熔化成形316L不锈钢的显微组织结构

利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)等方法,对比研究了热轧和选区激光熔化(SLM)成形316L不锈钢水平面(X-Y面)和建造面(X-Z面)显微组织特征。结果表明,两种方法制备的316L不锈钢均主要由奥氏体相组成。与轧制合金相比,SLM制备的316L不锈钢有着更多的低角度晶界和亚晶界,位错密度更大。其中,SLM成形316L不锈钢X-Y面存在平行于(110)方向上的织构,X-Z面存在平行于(001)方向上的织构。X-Y面上晶粒取向偏离(001)方向,可能与重熔过程中复杂的热流有关;X-Z面在(001)方向上存在织构且在(001)的织构指数最大,这是因为在SLM成形过程中,晶体的生长方式与建造方向平行,且晶粒沿着(001)方向散热最快,因此晶粒沿(001)方向呈择优生长。     

选区激光熔化成型316L不锈钢多孔结构的力学性能

为了减轻或消除人工植入体的“应力屏蔽”效应,提高生物相容性,需要对选区激光熔化（SLM）技术成型多孔结构进行力学性能研究。通过制备316L不锈钢体心立方(BCC)、正十二面体（RD)两种多孔结构,分别进行成型件纵向压缩试验,建立了Gibson-Ashby模型,预测了多孔结构弹性模量值。采用分形插值法,分析了孔隙率、平均孔径、比表面积对多孔结构弹性模量和抗压强度的影响程度。分析试验表明,316L不锈钢多孔结构样件在孔隙率为55.13%～94.74%,平均孔径为1.90～4.22 mm,比表面积0.54～4.33时,其弹性模量为0.375 ～1.716 GPa,抗压强度为43.19~160.31 MPa。对比人骨弹性模量0.9 ～1.7 GPa,满足植入体要求。孔隙率、平均孔径、比表面积对正十二面体多孔结构的弹性模量和抗压强度的幅值变化影响较小,对体心立方多孔结构影响较大。正十二面体多孔结构抗压强度为111.75～160.31 MPa,体心立方多孔结构的抗压强度为43.19～158.03 MPa,正十二面体多孔结构的力学性能比体心立方结构性能更好,为选区激光熔化技术制备316L不锈钢多孔结构的人工植入体研究提供依据。     

316L不锈钢双激光选区熔化成形性能研究

为了研究不同的扫描模式对激光选区熔化（SLM）成形质量的影响,采用自主研发的双激光同步扫描激光选区熔化设备,在单激光扫描、双激光低功率同步扫描、双激光高速同步扫描模式下制备了316L不锈钢样件,对比了三种模式下的成形质量,分析了三种模式下飞溅形态、熔池形貌以及样件力学性能的差异。结果表明：采用双激光低功率（110 W）同步扫描时,由反冲压力引起的飞溅增多,熔池尺寸均匀且排列整齐;随着单束激光功率从95 W提升至120 W,样件的致密度从98.91%提升至99.32%;样件的微观组织主要由宽度为0.65～0.75μm的柱状亚晶与等轴亚晶组成。采用双激光高速（2000 mm/s）同步扫描时,熔池深宽发生较大变化,搭接率由单激光扫描时的30%提升至50%以上,柱状亚晶的平均尺寸由单激光扫描时的0.50μm降到0.35μm。两种双激光同步扫描模式下成形样件的力学性能与单激光扫描模式下的相当,致密度达到99%以上,抗拉强度均超过720 MPa,延伸率超过40%。双激光高速同步扫描使得成形效率相较单激光扫描提升了一倍,为大尺寸激光选区熔化设备的扫描策略设计提供了新思路。     

选区激光熔化316L不锈钢粉末形貌分析

表面粗糙度是衡量选区激光熔化成型质量的关键指标之一。实验使用316L不锈钢粉末进行多层实体成型时,发现各层并不能维持首层平滑的形貌,而是逐渐累积变差。针对此问题,设计了逐层缩进的多层实体成型实验,并结合单道、多道搭接扫描实验,从SLM成型的机理上分析了多层成型形貌恶化的原因。在此基础上,提出了一种新的扫描策略,即大间距且相邻层间扫描线错开的扫描方式,试验获得了成型表面形貌良好的实体方块,表面粗糙度Ra在8μm以下。     

选区激光熔化316L不锈钢成形质量与晶粒形貌研究北大核心CSCD

选区激光熔化零件的性能与工艺参数影响的表面质量和内部缺陷是密切相关的,为了深入了解表面质量和内部缺陷与工艺参数之间的关系,以提高成形质量。通过研究不同激光功率和扫描速度制备的选区激光熔化样品的晶粒形貌、致密度和显微硬度。结果表明,随着激光功率的增大,熔池宽度逐渐增大,熔池轨迹更加清晰连续,致密度和硬度呈先增大后减小的趋势;随着扫描速度的增大,熔池宽度减小,熔池轨迹越来越无规则且不连续,致密度和硬度先增大后减小;选区激光熔化316L不锈钢样品均有奥氏体单相构成,不受激光功率和扫描速度的影响。另外,熔池宽度分别与激光功率、扫描速度符合二次多项式数学关系;xoy平面的晶粒尺寸要略小于yoz平面的晶粒尺寸,晶粒大小的差异导致显微硬度的不同,xoy平面上显微硬度都略大于yoz平面上硬度,产生各向异性;孔洞数量少的致密度相对较大,当致密度达到最大98.74%时,显微硬度也达到最大,xoy平面上硬度为227.5 HV,yoz平面上硬度为210.1 HV。     

激光选区熔化Ti-1023合金微观组织及力学性能研究

采用真空电弧熔炼（VAM）和激光选区熔化（SLM）技术制备了Ti-1023合金试样,并对其组织性能进行了测试分析。结果表明：SLM快速冷却条件抑制了β→α的相变过程,形成了全β相组织,而VAM试样由α+β双相组织构成。虽然SLM样品缺少高硬度α相,但快速冷却条件带来的高密度位错阻碍了位错运动,使得其屈服强度与VAM试样相近。α/β相界面会阻碍位错滑移,从而导致塑性降低,而SLM试样全β相组织可避免α/β界面的产生,并在变形中产生了应力诱导马氏体相变,使得断裂延伸率提升至VAM试样的5倍以上。     

体激光能量密度对选区激光熔化316L不锈钢各向异性的影响

在激光旋转角度为73°,粉层厚度为30μm的条件下,采用选区激光熔化工艺快速成形316L不锈钢,研究了体激光能量密度及成形方向对成形件组织、性能各向异性的影响。结果表明:成形方向对力学性能的影响极大,力学性能的各向异性随组织的各向异性而变;随着体激光能量密度增加,熔池表面趋于平整,x和y向成形件的晶粒生长方向单一,z向成形件的晶粒生长取向明显;当体激光能量密度为65~85 J·mm^-3时,晶体生长方向与堆积方向一致,抗拉强度和断后伸长率最佳。可以利用体激光能量密度控制成形件的组织及性能。     

选区激光熔化316L不锈钢成形工艺与性能研究

选择低成本的316L不锈钢旧粉进行选区激光熔化(SLM)成形,拟通过工艺参数优化和热处理来提高产品的性能.采用平均粒径为27.6μm的316L不锈钢旧粉,在不同的工艺参数下制备多组试样,然后进行微观形貌观察和力学性能测试;选取成形性能较优的试样,研究不同冷却方式的热处理工艺对试样力学性能、耐蚀性以及组成相的影响.研究结...     

选区激光熔化316L不锈钢组织性能调控研究

为调控SLM制备316L不锈钢(316L-SLM)的综合性能,研究了不同扫描速度下的316L-SLM组织性能,分析了不同扫描速度和热处理温度下316L-SLM在PBS溶液中的耐腐蚀性。结果表明,扫描速度小于900 mm/s时,其变化对致密度影响较小,扫描速度大于900 mm/s后,随扫描速度增大致密度呈下降趋势。逐层旋转67°扫描在试验截面上形成周期性变化的焊道轮廓形貌。高扫描速度下试样抗压缩性能更强,弹性模量更高;低扫描速度下试样抗拉伸性能更强,延伸率更高;650℃和1 050℃热处理试样组织仍为粗大柱状晶,1 050℃热处理试样柱状晶宽度略有增大,两种热处理试样中焊道轮廓鱼鳞纹形貌仍清晰可见。两种热处理方式明显改善了耐腐蚀性,其中1 050℃热处理时的改善幅度更大。缺陷和敏化是腐蚀行为主控因素。扫描速度增大,敏化倾向减小,缺陷倾向增大。因此扫描速度增大时316L-SLM试样耐腐蚀性先增大后减小,试验条件下900 mm/s时的耐腐蚀性最好。     

316L不锈钢粉末选区激光熔化成型致密化研究

为了研究选区激光熔化所加工的316L不锈钢成型件的致密度与工艺参量之间的关系,在自主研发的选区激光熔化成型设备DiMetal-280上,采用316L不锈钢粉末,用层间互错扫描方式以及不同扫描间距、扫描速率和扫描功率成型若干样块;在显微镜下观察样块形貌加以分析,并采用排水法测试样块致密度。结果表明,在合适工艺范围内,采用层间互错扫描方式有利于提高致密度;随着扫描间距的增大,熔道间搭接方式发生变化,致密度会减小;当扫描速率过小或过大时,致密度会减小;在加工初期时的实际铺粉厚度的变化也会导致致密度减小。该研究为进一步提高316L不锈钢选区激光熔化成型件的致密度奠定了基础。     

工艺参数对选区激光熔化316L不锈钢缺陷的影响

通过试验观察和数值模拟研究了关键工艺参数(激光功率、扫描速度和激光能量密度)对选区激光熔化316L不锈钢样缺陷的影响,结果表明,孔隙是造成致密度降低的最主要原因。不同类型孔隙的产生与工艺参数特别是激光能量密度密切相关。激光能量输入不足(E<52.778 J/mm³),特别是熔池宽度不够是造成未熔合孔隙的关键原因。激光能量输入过高(E≥93.056 J/mm³)时,熔池温度过高和尺寸过深,是导致匙孔形成的重要因素。而气孔很难完全消除,但合理控制避免过高激光能量输入有利于降低气孔尺寸。通过合理调整工艺参数,致密度可以达到99.62%。     

激光选区熔化成形Ti6Al4V、GH3536和316L不锈钢组织及性能研究

采用激光选区熔化工艺制备Ti6Al4V、GH3536和316L不锈钢三种不同材料的试样,借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、万能拉伸试验机、维氏硬度仪等设备研究了其微观组织演变及力学性能.结果表明:Ti6Al4V内部分布大量针状马氏体α'相,成形过程中分解为α+β相形成网篮组织;GH3536横截面呈现条形状,纵...     

热处理对激光选区熔化MS1模具钢组织及力学性能的影响

利用激光选区熔化(selective laser melting,SLM)成形技术对MS1模具钢的成形工艺进行研究,获得了均匀致密的打印态试样.对打印态试样进行850℃×1h固溶+550℃×4h时效热处理,并分别对打印态和热处理态试样进行显微组织和力学性能分析.结果 表明:MS1模具钢的SLM打印态的合金组织主要由板条...