激光选区熔化成形Ti-6Al-4V钛合金的显微组织及性能

采用激光选区熔化成形技术制备了Ti-6Al-4V钛合金材料, 研究了Ti-6Al-4V成形态的组织特点, 并考察了退火处理对Ti-6Al-4V成形件显微组织及力学性能的影响。Ti-6Al-4V激光选区熔化成形试样的组织形态呈现沿堆积高度方向定向外延生长的粗大柱状晶组织, 晶内呈现典型的α+β板条组织。经退火处理后, 组织中α板条粗化, 成形试样的综合力学性能得到改善。     

不同热处理对SLM TC4组织性能及各向异性的影响

选区激光熔化(SLM)成形的TC4样件强度高、塑性差、各向异性明显。对SLM TC4成形件进行固溶时效、循环退火、循环球化退火+固溶时效三种热处理,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验机对热处理所得成形件进行组织观察和性能测试。研究表明SLM TC4成形件微观组织由马氏体α′和马氏体α″组成,强度为1220 MPa左右,延伸率最高达13%;TC4成形件经热处理后板条α相粗化,有等轴α相产生,板条状α相长宽比降为5左右,固溶时效处理和循环球化退火+固溶时效处理的TC4成形件组织中产生二次α相;先950℃固溶1 h,之后550℃保温4 h,此条件下所得成形件的综合力学性能最好,其抗拉强度达到957.9 MPa,延伸率为17.6%,且所有拉伸性能指标的各向异性小于1.2%;循环球化退火+固溶时效处理的样件塑性很高,延伸率达18.3%,同时强度的各向异性不超过2%,固溶时效与循环球化退火+固溶时效处理后力学性能超过国家锻件标准。经过循环退火处理的TC4成形件强度损失较大,但塑性与另外两种热处理工艺相差不大。     

激光重熔对SLM Ti6Al4V组织和性能的影响

首先针对选区激光熔化技术(SLM)成形过程中具有高的温度梯度和高的冷却速率,阐述热处理方法在解决残余应力、变形、孔隙缺陷等性能方面的耗时、耗费问题,基于重熔扫描在SLM过程中具有的潜在优势,系统性地研究初次扫描与重熔扫描成形性能异同。结合表面三维形貌和表面粗糙度,分析Ti6Al4V合金在初次扫描与重熔扫描下的表面质量异同机制;结合内部孔隙,分析Ti6Al4V合金在初次扫描与重熔扫描下的内部质量异同机制;结合微观组织与拉伸性能,分析了Ti6Al4V合金在初次扫描与重熔扫描下的组织、力学性能的异同机制。结果表明,两者的上表面组织都为针状马氏体α′,侧表面组织都由穿越多层凝固层的柱状晶β组成,但两者柱状晶的宽度不同。此外,重熔扫描的拉伸强度优于初次扫描的拉伸强度,且重熔扫描的断裂形貌中微观结构变大,韧窝数量减少。     

Ti6Al4V粉末选区激光熔化的基础实验研究

选区激光熔化是通过激光扫描粉末使其熔化并重新凝固、以逐层叠加的方式来完成零件直接制造的技术.从Ti6Al4V粉末单层烧结试验出发,基于工艺参数优化,得到了 Ti6Al4V粉末选区激光熔化的线能量密度指导性区间;以此为基础进行多层烧结,通过试样断面SEM图像得到了其内部结构,并结合金相、力学性能测试进行了综合分析.结果表...     

选区激光熔化成形Ti6Al4V制件的断裂机制研究

选区激光熔化成形过程中的加工参数对其制件的性能有重要的影响,因此,研究了选区激光熔化加工过程中不同扫描速度和不同激光功率对成形的Ti6Al4V合金制件的性能的影响,主要包括制件的断裂行为,并从其微观组织结构着手,研究了Ti6Al4V合金制件的断裂机制.试验结果表明:在不同的加工参数下,制备的Ti6Al4V合金制件的断口...     

基于激光重熔优化工艺的激光选区熔化316L/IN718异质异构研究

贝壳珍珠层高强高韧的优异力学性能主要归因于其独特的异质异构特征。贝壳珍珠层仿生制品具有异质和结构复杂的特点,传统的制造方法无法制备。激光选区熔化(SLM)增材制造技术以其独特的成形特点,成为复杂结构和特定性能制品的成形技术。SLM成形的异质异构界面的结合质量是影响其力学性能的关键因素之一,因此本文针对激光重熔优化工艺对SLM成形316L/IN718异质异构件微观形貌和力学性能的影响进行研究,并对316L单一母材重熔前后的表面质量进行了对比。结果表明:316L重熔优化后的上表面粗糙度从7.1μm降低到2.7μm,降低了62%;316L/IN718界面平整的微观形貌以及良好的元素扩散证明了激光重熔对改善316L/IN718异质异构界面结合质量的作用,同时,316L/IN718异质异构成形件的抗拉强度从优化前的(104.77±45.26)MPa提升至优化后的(507.33±58.3)MPa也验证了该优化工艺的可行性;断口形貌观察结果显示,未重熔与重熔的同层316L/IN718试样均以脆性断裂为主,但是重熔试样在IN718区域至316L区域发生了准解理断裂向韧性断裂的转变。     

层间激光重熔对激光选区熔化成形件内部残余应力的影响

激光选区熔化（SLM）成形316L不锈钢的内部残余应力是影响成形件力学性能的关键因素之一。考虑到重熔回火效应对残余应力的影响规律,笔者提出了成形件“层间激光重熔”的成形方式,针对性研究了层间重熔对SLM成形件内部残余应力的影响。利用有限元软件Abaqus建立成形过程的三维瞬态仿真模型,模拟了间隔1～10层重熔与未重熔成形件内部残余应力的变化规律,并通过实验研究了间隔2、5、10层重熔与未重熔成形件的内部残余应力、显微组织、表面形貌、抗拉强度、冲击韧性及显微硬度。结果表明：层间激光重熔在重熔层及其相邻层产生的回火效应有利于降低成形件内部的残余应力,使力学性能得到改善。当重熔间隔为2层时,成形件内部残余应力的测量值和模拟值分别较未重熔样件降低了77.1%和70.6%,同时成形件的抗拉强度达到702.99 MPa,相较于未重熔样件提高了6.2%;冲击吸收功达到209.5 J,相较于未重熔样件提高了11.97%;显微硬度达到391.8 HV,相较于未重熔样件提高了6.35%。分析认为,采用层间激光重熔方式可以显著降低成形件内部的残余应力,提高成形件的力学性能。     

激光选区熔化制造工艺参数对TC4钛合金成型件致密度和硬度的影响规律

采用选区激光熔化(SLM)工艺成型TC4钛合金,运用双因素控制变量法,从输入体能量密度方面,研究了激光功率P、扫描速度V对多层成型件致密度和表面硬度的影响规律。试验结果表明：当单位体积粉末输入体能量密度φ为119.05～166.67 J/mm~3时,成型件致密度可达到96.62%～97.41%,表面显微硬度达到415.2～425.4 HV,高于成型前粉末微粒显微硬度335.4 HV。在激光功率P=200 W、扫描速度V=600 mm/s、铺粉厚度H=0.04 mm、扫描间距S=0.06 mm时,成型件致密度达到97.41%,表面显微硬度达到440.5 HV,成型的钛合金件具有良好的力学性能。     

倾斜角对激光选区熔化TC4构件内部孔道成形精度的影响

以激光选区熔化TC4构件为研究对象,研究了倾斜角对构件内部结构成形精度的影响.设计了具有不同倾斜孔道结构的TC4构件,采用优化后的参数打印成形.采用工业计算机断层成像设备观察样品的内部结构,并建立逆向三维模型,将其与设计模型导入PolyWorks软件中进行拟合和对比,从而检测该试样内部结构悬垂面的表面偏差程度和表面质量.结果 表明,倾斜角对TC4构件内部结构的悬垂程度和表面质量具有很大影响:当倾斜角增大到50°左右时,激光选区熔化TC4成形件内部结构悬垂面的表面偏差程度明显变小,且打印质量明显提升;而当倾斜角继续增大时,激光选区熔化TC4成形件内部结构悬垂面的表面偏差程度明显变大,且打印质量明显下降.     

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。     

变层厚打印对选区激光熔化试件成形质量影响研究

试验以选区激光熔化(SLM)成形TC4固定层厚成形试件的试验研究为基础,提出变层厚打印的成形方法,并设计变层厚叠加方式,探究变层厚试件与固定层厚试件成形质量之间的差异。研究表明,采用200μm→200μm→100μm→100μm→100μm→50μm→50μm→50μm→50μm层厚叠加模式成形的试件致密度高于200μm层厚试件,可达99.13%,成形速率为2.054 mm³/s,优于100μm层厚试件;所得的变层厚试件表面粗糙度为14.2μm,接近50μm层厚试件表面粗糙度。该变层厚试件抗拉强度可达1 047.76 MPa,延伸率可达6.18%,拉伸断口形貌与50μm层厚试件相似。通过显微组织分析可知,该变层厚试件具有较为致密的针状马氏体α′。变层厚成形可为SLM成形提供新的方法,在一定条件下,提高成形质量和成形速率,实现SLM高质量、高速率成形试件。     

铝合金液冷板激光选区熔化快速成形工艺研究

铝合金液冷板是航空航天、国防等领域电子设备的重要散热零件,一般具有微细流道和复杂的外形,非常适合采用激光选区熔化(SLM)增材制造技术整体成形.为提升液冷板的整体成形效率,研究了1 kW高功率激光SLM成形铝合金的致密化行为、显微结构、力学性能以及微孔的最小孔径.结果 表明:随着激光体能量密度增加,SLM成形AlSi1...     

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。     

激光选区熔化成形TC4钛合金薄壁件变形与残余应力

增材制造（3-D打印）作为一种近净成形技术，为钛合金薄壁件高质量毛坯制造提供了新途径，但在薄壁件成形过程中产生的变形与残余应力会影响试件的成形质量与后续加工。为了解决这一问题，采用激光选区熔化成形TC4钛合金薄壁件，研究了激光功率、扫描速率、薄壁厚度和扫描路径方向对试件变形与残余应力的影响，测量了试件不同深度的表面残余应力。结果表明，变形主要在薄壁件顶层两侧，最大残余应力主要分布在试件底层与薄壁件中间；当激光功率为180W、扫描速率为1200mm/s时，试件变形最小；当壁厚为0.6mm、扫描路径方向45°时，试件残余应力最小；薄壁件的未处理表面残余应力大于内层表面残余应力。该研究为钛合金薄壁高质量毛坯制造提供了技术帮助。     

热积累对激光直接成形Ti-6Al-4V组织和性能的影响

为了研究激光直接成形Ti-6Al-4V中热积累效应对其微观组织和力学性能的影响,采用对比试验的方法,制备了直径分别为5mm和10mm的两个圆柱试样及两组对比拉伸试样。直径为5mm的试样成形时热积累效应明显,底部和顶部的晶粒内部以马氏体'组织为主,中部的晶粒内部以针状组织为主;直径为10mm的试样热积累效较弱,自底部至顶部均以马氏体'组织为主。热积累效应强烈的一组拉伸试样拉伸强度略低于热积累效应不明显的一组试样,但塑性约为其3倍。结果表明,激光直接成形Ti-6Al-4V时强烈的热积累效应会降低冷却速率,使微观组织从马氏体'组织转变为针状组织,从而使其拉伸强度稍有降低,但塑性提高很多。     

激光选区熔化TC4钛合金工艺参数对成形件表面质量的影响

采用正交试验,研究在选区激光熔化快速成形的过程中,激光功率P、扫描速度v、铺粉厚度h以及扫描间距s4个参数对TC4钛合金成形件上表面粗糙度、侧面粗糙度和表面硬度的影响规律。研究表明,4个参数对上表面粗糙度影响的重要次序为激光功率、扫描速度、铺粉厚度、扫描间距;对侧面粗糙度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描速度、扫描间距;对表面硬度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描间距、扫描速度。试验可得形成TC4成形件表面质量的最佳工艺参数为：激光功率200 W,扫描速度600 m/s,铺粉厚度0.04 mm,扫描间距0.06 mm。