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...     

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。     

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...     

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...     

CuCrZr合金选区激光熔化成形工艺与力学性能研究

为获得结构致密的CuCrZr合金部件,通过响应曲面和方差分析相结合的方法,探究选区激光熔化主要成形工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距和铺粉层厚)对合金化CuCrZr粉末成形致密度的影响规律,并对其显微组织、物相和力学性能展开分析。结果显示：激光功率是最主要的影响因素,增大激光功率可显著提高成形致密度;在铺粉层厚0.02 mm,激光功率170 W,扫描速度300 mm/s,扫描间距0.04 mm的工艺组合下,获得最高致密度为96.8%。在此工艺下成形出的CuCrZr合金试样屈服强度为(176.7±2.1) MPa,抗拉强度为(244.7±1.2) MPa,延伸率为29.4%±0.9%。     

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。     

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。     

选区激光熔化成形零件支撑结构性能差异研究

利用选区激光熔化制造金属零件时,悬垂构件的可制造性和成形质量与添加的支撑结构密切相关。采用热弹塑性有限元分析方法,研究了不同支撑类型的热传导特性,并通过试验揭示了支撑类型对316L试件翘曲变形、表面形貌、显微组织及显微硬度的影响规律。结果表明：块状支撑的散热性能优于锥状支撑,将试件峰值温度降低了6.7%,温度振荡幅度降低了41.07%,而其较好的导热性能使试件下表面粗糙度降低了6.23%,同时悬垂区域金属组织中出现了细化晶粒（18.42μm）及脆而硬的网状Cr、Ni相,显微硬度提高到234 HV。锥状支撑将试件变形降低了1 mm,而试件底部较少的气孔缺陷使硬度波动降低了14 HV。分析认为,组合支撑中增加块状结构的比例有利于提高试件成形精度和力学性能,增加锥状结构的比例有利于减小试件翘曲变形程度。     

激光选区熔化成形TA7 ELI钛合金显微组织及力学性能研究

针对TA7 ELI钛合金开展激光选区熔化(SLM)成形工艺研究,获得激光功率P、扫描速度V对致密度的影响规律,进一步分析激光能量密度对缺陷的影响,并基于最佳成形工艺参数开展显微组织及力学性能分析。研究表明,SLM成形TA7 ELI致密度随激光功率P的升高先增加后降低,随着激光能量密度增加先增加后降低。当激光功率P为280 W、扫描速度V为1 000 mm/s、扫描间距H为120μm、铺粉层厚t为30μm时,成形试样致密度最高为99.89%,此时激光能量密度为78 J/mm³。SLM成形TA7 ELI沿着沉积方向为外延生长柱状晶,垂直沉积方向为等轴晶组织,晶内由平行或交错分布的细小针状α′马氏体组成。TA7 ELI沉积态抗拉强度超过1 050 MPa,延伸率达到15%,拉伸断口均匀密集分布等轴韧窝,表现为典型的韧性断裂特征。     

激光选区熔化WC 12Co复合材料成形工艺与性能研究

硬质复合材料因拥有高硬度、高强度和耐磨性好的特点,常被用做刀具生产的合金材料。使用激光选区熔化技术,通过改变成形工艺参数激光功率和扫描速度,制备WC 12Co硬质合金样件,研究工艺参数对成形试样致密度、截面金相组织和显微硬度的影响。结果表明：当激光扫描速度值不变时,随着激光功率的增大,成形试样的致密度呈现逐渐增大的趋势;当激光功率值不变时,随着激光扫描速度的增大,成形试样致密度先增大后减小,扫描速度对致密度的影响较为明显;线能量密度值过大或者过小都不利于试样致密度的提高;在激光功率290 W、扫描速度为900 mm/s的最佳参数组合下,得到了致密度为91.392%的WC 12Co试样。通过对工艺参数进行合理匹配设计,为SLM成形WC 12Co应用于实际工业生产提供了理论和工艺实践参考。     

选区激光熔化成形VNbMoTaW难熔高熵合金工艺研究

采用选区激光熔化技术制备了VNbMoTaW难熔高熵合金,研究了激光工艺参数对VNbMoTaW难熔高熵合金试样的表面成形质量、微观组织和力学性能的影响。结果表明,当采用较高的功率和较低的扫描速度时,可有效改善VNbMoTaW试样表面质量,其中孔隙和裂纹是选区激光熔化技术制备VNbMoTaW难熔高熵合金的主要缺陷。VNbMoTaW难熔高熵合金组织主要由柱状晶和胞状晶组成,底部和中心大多为柱状晶,而熔池的两侧及顶部主要为胞状晶。VNbMoTaW的最高极限抗压强度可达2154 MPa,相比电弧熔炼方式制备的合金强度提高了69.6%。     

激光功率对选区激光熔化AlSi10Mg组织及力学性能的影响

为了研究选区激光熔化(SLM)工艺参数对AlSi10Mg成形性能的影响,在不同激光功率下成形了AlSi10Mg试样,采用扫描电镜、X射线衍射仪、拉伸试验机、纳米压痕仪表征了AlSi10Mg试样的熔覆道、缺陷、相组成、组织、力学性能、断口形貌等.结果 表明,在350W激光功率下成形试样的致密度最大(为99.3％),孔洞缺...     

不锈钢薄壁零件选区激光熔化制造及影响因素研究

为了实现薄壁零件的快速制造,在快速成型设备Dimetal-280上进行了选区激光熔化(SLM)成型工艺实验研究,分析了SLM中不同激光功率、扫描速度、铺粉装置、离焦量和层厚对成型效果的影响,在实验中获得了优化的工艺参数,并成型了变截面的薄壁零件,零件致密度达96.95%。在扫描电镜下观察了零件的表面及侧面,结果表明其层与层之间熔合良好;分析表明成型设备成型零件壁厚的绝对误差极限值在20μm左右;薄壁零件顶部壁宽为101.3μm,底部壁宽为142.0μm,与设计值相差分别为21.3μm和22.0μm,与极限值相吻合;拉伸测试表明,抗拉强度范围为465~625 MPa,屈服强度范围为390~515 MPa,延伸率范围为23%~48%。     

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。     

激光选区熔化成形高性能钛合金微观组织调控与力学性能分析

采用激光选区熔化成形技术制备Ti6Al4V合金试件,通过光学显微镜、扫描电镜和断口形貌分析,系统研究了成形态试样显微组织对力学性能的影响。对比不同打印参数下的微观组织特征,显示沿沉积方向形成β柱状晶,晶内主要分布着针状马氏体α′相,α′相含量越高塑性越差,控制工艺参数可以使针状马氏体α′相原位分解形成α+β相,有利于提高塑性。通过调节激光功率和扫描速度,制备了综合力学性能优异的试件,其抗拉强度达到1 301 MPa,屈服强度达到1 102 MPa,延伸率为7.94%。选区激光熔化成形钛合金经组织调控发生原位分解后,拉伸性能得到提高。