激光选区熔化铝合金及其复合材料的研究进展

铝合金及其复合材料具有比强度高、高比刚度和耐腐蚀性能优异等特点,是一类重要的轻质材料.采用激光选区熔化技术制备结构?功能一体化铝合金及其复合材料的精密复杂构件,在航空航天、交通运输、电子器件等领域具有广阔的应用前景.本文首先阐述激光选区熔化技术的基本原理、主要工艺参数及其影响规律;分析激光选区熔化铝合金及其复合材料的微...     

选区激光熔化过程金属微熔池传热研究

采用数值模拟方法,针对选区激光熔化过程中激光熔化不锈钢粉末形成微熔池的过程,研究了激光功率、光斑直径及加热时间对材料熔化速度、温度场、微熔池尺寸大小的影响.结果表明,增大激光功率和热流密度可有效促进材料的熔化和传热,大尺寸光斑直径的激光形成的温度场和熔池宽而浅,小尺寸的光斑直径形成的温度场和熔池窄而深.比较多组数据得出...     

选区激光熔化成形过程监测技术研究进展EI北大核心CSCD

选区激光熔化(SLM)作为现代工业构件制造的一种主流技术,广泛应用于汽车、航空航天及医学等领域,对SLM工艺的监测及闭环控制方式进行系统梳理变得极为重要。针对SLM技术原理及熔池变化,从SLM成形过程中的熔池温度和形貌特征综述选区激光熔化监测技术发展进程及不足,分析闭环反馈技术的研究现状。研究表明:SLM加工过程中熔池的变化状态是影响成形件质量的重要因素,通过光信号、声信号或多信号传感器可对熔池状态进行有效监测,而闭环控制需要算法分析、机器学习及传感器的协同配合才能实现实时反馈及控制。根据当前监测技术的实时性较差及系统反馈控制不够完善等问题,提出未来智能监测技术与实时闭环控制等发展方向,可为未来SLM成形高质量零件提供参考借鉴。     

选区激光熔化制备TiCx/Ti纳米复合材料的致密化及显微组织

利用选区激光熔化(SLM)工艺制备TiCx增强Ti基纳米复合材料试件;通过X射线衍射仪和场发射扫描电子显微镜等研究激光线能量密度η（激光功率与扫描速率之比）对选区激光熔化试件的致密化过程、物相及显微组织的影响规律,并讨论激光快速熔凝过程中TiC0.625层片状纳米结构的形成机理.结果表明:当激光线能量密度η为1 100 J/m时,成形试件的致密度可达95.6％;其内部增强体为层片状纳米结构,平均厚度为54 nm,且在Ti基体中分布均匀.增强相TiCx以亚化学计量TiC0.625形式存在,具有立方晶体结构.     

Inconel 738合金选区激光熔化成形工艺优化及组织性能的研究

采用SEM、EBSD、OM等方法,研究了激光体能量密度E对SLM成形Inconel 738合金致密度、微观组织和显微硬度影响。研究表明：在SLM成形过程中,激光体能量密度E对试样致密度起决定性作用,随着激光体能量密度的增大,致密度呈现先上升后下降的趋势,并且在65.2 J/mm<sub>3</sub>可以实现最高致密度(99.4％);凝固过程中冷却速率高达2.44×10<sub>5</sub> K/s,SLM成形Inconel 738合金的组织垂直与打印方向和平行与打印方向有明显的各向异性,平行于打印方向的组织呈“棋盘状”形貌,垂直与打印方向为“鱼鳞状”形貌,层与层之间、不同道次之间的熔池搭接区为晶粒细化的胞晶;显微组织表现出明显的织构,随着激光体能量密度的增大,＜001＞方向的织构逐渐增强;试样的硬度随着激光体能量密度的增大而增大,当硬度值超过65.2 J/mm<sub>3</sub>时,SLM成形Inconel 738合金的硬度值超过精铸试样(410 HV),硬度值在各个面上的分布是定向独立的。     

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%。     

激光功率与扫描速度对选区激光熔化钴铬合金组织性能的影响

目的 明确选区激光熔化钴铬合金中激光线能量密度、激光功率和激光扫描速度对成形件组织、性能的影响,探究优化工艺参数的方法。方法 基于ANSYS有限元软件模拟选区激光熔化过程中熔池尺寸的基础上,通过金相显微镜分析了熔池尺寸和显微组织,电子背散射衍射分析了晶粒尺寸,使用力学试验机和洛氏硬度计研究了试样的力学性能。结果 随着线能量密度降低,成形件的熔池尺寸、晶粒大小、冷却速度和力学性能降低。但在激光线线能量密度为0.242 J/mm的条件下,扫描速度为1 200 mm/s时成形试样的致密度为98.7%,抗拉强度为867 MPa,延伸率为6.5%,其力学性能均高于扫描速度为950 mm/s时成形的试样,与线能量密度更高的0.263 J/mm成形条件下250 W+950 mm/s的成形试样力学性能相近。结论 激光线能量密度是影响选区激光熔化钴铬合金熔池尺寸和组织性能的关键因素,但熔池尺寸与激光线能量密度没有线性关系。相同的线能量密度下,增加激光扫描速度,有利于获得大的熔池尺寸和冷却速度,提高成形件的致密度和降低晶粒尺寸,最终使成形件力学性能提高。     

选区激光熔化Inconel 718合金的熔池形态与组织

通过不同扫描速度和扫描方式的选区激光熔化(SLM)技术制备了Inconel 718合金,研究了工艺参数对熔池的形态、凝固组织、晶粒大小和晶粒取向的影响。结果表明,随着扫描速度增加,熔池的深度与宽度的比值增大,曲率增大;而扫描速度为1 450mm/s时,采用单向扫描比十字交叉扫描时深宽比值更大。在熔池内,凝固组织由熔池底部的胞晶向熔池侧面的胞枝晶转变。晶粒以<001>方向择优生长,其晶粒间的取向差角以小角度(<15°)为主。当十字交叉扫描时,随着扫描速度增加,小角度取向差角的分布分数增加。当速度一定、采用十字交叉扫描时,小角度的取向差角占比为62.57%,而采用单向扫描时为47.69%。     

激光选区熔化Ti6Al4V的工艺参数优化与显微组织

采用激光选区熔化技术制备Ti6Al4V钛合金试样,研究了激光加工工艺参数对Ti6Al4V试样致密化行为、显微组织特征及力学性能的影响。利用金相显微镜、万能试验机等测试手段对激光选区熔化成形试样进行显微组织及综合力学性能分析。结果表明,随着激光功率由360 W提高到400 W,不同激光扫描速度下的试样平均致密度由85.3%提高到94.5%,致密度显著提高。随激光能量密度提高,孔隙率明显降低且针状马氏体α′相分布均匀,塑性和强度更好。选用最优工艺参数(功率400 W,扫描速度2 100 mm/s),试样抗拉强度为1 159 MPa,屈服强度为1 008 MPa,均高于锻件标准。经800 ℃保温2 h退火处理后,断后伸长率和断面收缩率分别提高2.26倍和2.68倍,增长幅度较大。α′相和β相均分解为α+β相,晶粒粗化使晶粒内部滑移变形受晶界抑制作用减弱,最终导致材料强度下降而塑性明显提高。     

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160W时,SLM成形316L不锈钢试样微观组织主要为胞状晶...     

选区激光熔化成型316L不锈钢微观组织及拉伸性能分析

选区激光熔化技术在复杂零部件的制造领域显示出强大的优势,但打印件的组织与综合性能还有待于进一步优化。采用选区激光熔化技术制备了316L不锈钢的拉伸试样,分析了试样不同区域的组织特征,测试了其拉伸力学性能。结果表明,其组织形貌主要为胞状晶,但在某些"微熔池"内晶粒生长方向不相同,近乎于相互垂直,从而在同一视野中呈现出典型的细小柱状晶(亚晶)和近似六边形"胞晶"共存的组织特征。试样的抗拉强度与传统工艺相比有较大提高,但延伸率有所降低。这主要是由于选区激光熔化是快速熔化与冷却凝固的过程,其选区熔化的特征使得不同区域的激光入射角度、选区熔化扫描方式、"熔池"散热条件各不相同,导致不同区域呈现复杂的结晶过程,形成不同特征的微区组织。由于冷却速度较快,所得细小柱状晶的直径为亚微米级,致密分布,显著提高了材料的抗拉强度。但由于晶粒生长明显的方向性,使得拉伸过程中晶粒在不同方向的塑性变形不均匀,相互牵制,加之熔合线界面处不可避免的内应力,导致延伸率降低。     

选区激光熔化成形316L不锈钢微观组织及拉伸性能分析

采用选区激光熔化技术制备了316L不锈钢的拉伸试样,分析了试样不同区域的组织特征,测试了其拉伸力学性能.结果表明,其组织形貌主要为胞状晶,但在某些“微熔池”内晶粒生长方向不相同,而近乎相互垂直,从而在同一视野中显示出典型的细小柱状晶（亚晶）和近似六边形“胞晶”共存的组织特征.试样的抗拉强度与传统工艺制备的相比有较大提高,但断后收缩率有所降低.这主要由于选区激光熔化是快速熔化与冷却凝固的过程,其选区熔化的特征使得不同区域的激光入射角度、选区熔化扫描方式、“熔池”散热条件各不相同,导致不同区域呈现复杂的结晶过程,形成不同特征的微区组织.由于冷却速度较快所得的细小柱状晶的直径为亚微米级,致密分布,显著提高了材料的抗拉强度.但由于晶粒生长明显的方向性,使得拉伸过程中晶粒在不同方向的塑性变形不均匀,相互牵制,加之大量熔合线界面处不可避免的内应力,导致断后收缩率有所降低.     

Corrosion behaviour of 316L stainless steel manufactured by selective laser melting

This work investigates the electrochemical behaviour of an AISI 316L stainless steel produced by selective laser melting (SLM) and compares its behaviour with that of wrought stainless steel with similar chemical composition. The SLM stainless steel specimens are tested in the as‐produced condition without stress relief or recrystallization heat treatments. The electrochemical tests are carried out in two electrolytes: 3.5 wt% NaCl solution with neutral pH and with pH of 1.8. At the macroscale, the microstructure of the SLM specimens is determined by the laser scanning pattern and displays an overlapping network of melt pools. At the microscale, the SLM specimens exhibit a cellular/columnar dendritic structure with submicrometric cell size. Electrochemical measurements highlight a more extended passive range for SLM stainless steel in both neutral and acid electrolytes indicating higher protective properties of the oxide film on SLM specimens. In contrast to the wrought material, the refined microstructure of the SLM specimens promotes a very shallow morphology of attack without deep penetration in the bulk.     

粉末形貌对选区激光熔化316L不锈钢力学性能的影响

以气雾化316L不锈钢粉为原料,结合等离子球化和选区激光熔化技术制备了不锈钢块体,并用XRD、SEM、激光粒度仪、振实密度仪和万能力学试验机等对等离子球化粉体和选区激光不锈钢块的组织结构和性能进行了表征.结果表明:316L不锈钢粉经等离子球化处理后,不规则扁平状颗粒数量减少,球形颗粒数量增加,振实密度与松装密度的比值(...     

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。     

热处理对选区激光熔化304L不锈钢组织和力学性能的影响

采用光学显微镜(OM),X射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM)等研究了热处理工艺对选区激光熔化(SLM)制备的304L不锈钢微观组织结构与力学性能的影响。结果表明:SLM制备的304L不锈钢的组织结构细小,组织中存在高密度位错、δ铁素体与σ相析出物,其强度和塑性均远高于传统304L不锈钢。对SLM制备的304L不锈钢分别进行1050℃×30 min和1000℃×2 h固溶处理后,其微观组织结构发生了变化,观察到了晶内胞状亚晶组织的长大和析出相的固溶,强度和塑性均有所降低。SLM制备过程产生的大量纳米级胞状亚晶结构,是304L不锈钢具有高强高韧性能的主要原因,析出强化和加工硬化可进一步提高其强度。     

激光烧结工艺参数对Fe-16%Ni合金致密度的影响

采用激光烧结成形技术研究了不同工艺参数对Fe-16%Ni金属粉末选区激光烧结成型件微观结构和致密性的影响。结果表明,随着脉冲宽度、扫描速度和铺粉厚度的增加,烧结后试样的密度先增加然后减少,随着扫描间距的增加,烧结后试样的密度减小。当脉冲宽度0.7 ms,扫描速度1000 mm/min,铺粉厚度0.15 mm,扫描间距0.15 mm时,烧结成型件成型质量较好。     

激光选区熔化316L奥氏体不锈钢微观组织和冲击韧性的各向异性研究

利用光学显微镜（OM）、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和金属摆锤试验机等观察和分析激光选区熔化316L不锈钢的物相、织构、微观组织及冲击韧性各向异性。结果表明：激光选区熔化成形316L不锈钢的组织和冲击韧性存在着明显的各向异性。垂直和平行于构建方向试样的物相均为γ-Fe相,垂直于构建方向的组织呈“棋盘状”形貌,晶粒大多数为等轴晶且晶粒得到了细化(dmean=9.177μm),尤其熔池搭接区域晶粒更加细小(6μm以下),平行于构建方向上小角度晶界数目较多,而平行于构建方向为“鱼鳞状”形貌,大多数为柱状晶,晶粒直径较大(dmean=21.247μm)。同时垂直于构建方向织构为强纤维织构< 110 >//RD（强度为7.83）和弱板织构{112}<110>,而平行于构建方向为强纤维织构< 110 >//RD（强度为12.23）。在致密度相同条件下,横向、纵向的冲击韧性分别为62.8±3.2,38.6±4.5,横向明显优于纵向且提高了62.69%。此外晶粒大小、大小角度晶界和织构类型对冲击韧性各向异性有着显著影响,垂直于构建方向的晶粒得到了细化,大角度晶界数目多,韧性较好;纤维织构< 110 >//RD对冲击韧性不利,而板织构{112}<110>有利于韧性,垂直于构建方向的{112}<110>织构强度低且存在弱{112}<110>织构,横向韧性较好。     

激光选区熔化次数对316L不锈钢表面性能的影响

目的 通过对激光选区熔化次数的控制,研究其对316L不锈钢表面晶相、化学成分和物理性能的影响规律,并最终获得综合性能优良的316L不锈钢表面.方法 在激光功率80 W、激光扫描速度500 mm/s、成形厚度0.03 mm、扫描间距0.06 mm条件下,通过改变激光选区熔化次数成形试件,并通过光学显微镜(OM)、电子扫描...