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。     

射频等离子体球化钨粉的选区激光熔化成形研究

以不规则的钨粉为原材料,采用射频等离子体球化技术制备了球形钨粉,重点研究了选区激光熔化制造纯钨零件,系统研究了工艺参数(激光功率、扫描速度)对制备的纯钨样品致密化、显微组织、显微硬度和压缩性能的影响,从而反馈指导钨粉球化工艺参数的优化。结果表明：球化后钨粉形状规则且球化率高于98%,钨粉的振实密度和松装密度增大,流动性增强。同时球化后的钨粉具有良好的选区激光熔化适用性,打印样品件的致密度在84%-95.6%之间。研究发现,随 激光功率的增大,打印件的致密度、显微硬度和抗压强度呈先上升后下降的趋势,裂纹和孔洞减少。随着扫描速度的增大,打印件的致密度和硬度降低,裂纹增多。因此探究合适的打印参数对钨粉的选区激光熔化成形有着重要意义。     

激光选区熔化镍基高温合金GH4169的成形工艺与显微组织研究

开展了基于激光选区熔化技术对镍基高温合金GH4169成形工艺的研究。研究了激光扫描速度和激光功率对成形试样组织的影响,及激光加工工艺参数对试样显微组织、致密化行为的影响。结果表明:当激光扫描速度一定,激光功率较低时,熔池的球化效应明显,材料内部形成较多孔洞,致密度较低;随着激光功率的提高,熔池内金属溶液表面张力减小,球化效应明显减弱,致密度随之提高。当激光功率一定,扫描速度较低时,金属溶液补缩能力强,材料组织致密,仅存在少量气孔;随着扫描速度的提高,熔池变窄变浅,相邻熔道及层间材料缺陷明显增多。当激光束能量密度较高时,粉末吸收能量较多,熔池温度高,凝固速率低,易形成粗大的柱状晶。在优化工艺参数下(激光功率335 W、激光扫描速率680 mm/s),成形体的致密度最高(98.7%)。     

选区激光熔化制备AlCoCrFeNi高熵合金的成形性能

采用选区激光熔化(SLM)技术制备了AlCoCrFeNi高熵合金,研究了激光工艺参数对成形性、致密度、微观组织以及力学性能的影响。结果表明,随体能量密度的增加,致密度逐渐增加,最佳的SLM参数为激光功率50 W,扫描速度300 mm/s,扫描间距70 μm,层厚30 μm。铸态和SLM态合金是由无序BCC相(A2)和有序BCC相(B2)组成的双相体心立方结构,由于细晶强化作用,选区激光熔化试样具有比铸态试样更高的显微硬度,但是压缩屈服强度降低,原因是选区激光熔化合金中存在裂纹、孔洞等缺陷。     

Rene104镍基高温合金选区激光熔化成形及开裂行为

采用选区激光熔化技术,结合旋转+填充扫描策略制备Rene104镍基高温合金,研究了成形参数对显微组织和开裂行为的影响。结果表明:线能量密度和扫描间距是影响Rene104镍基高温合金致密度及开裂的主要参数。当线能量密度为250 J/m,扫描间距为0.08mm时,Rene104镍基高温合金成形件的致密度达98.37%。选区激光熔化成形Rene104合金主要由横截面尺寸为0.5μm、轴向尺寸为3~5μm或30μm的柱状晶组织组成,晶粒沿建造方向的(200)晶面择优取向生长,同时,在晶界存在碳化物和Laves相,出现了裂纹、孔洞及残留粉末颗粒等缺陷。高线能量密度产生的大温度梯度导致残余应力,从而在晶界析出相周围形成应力集中,在熔池和层间搭接处的熔池尖端萌生裂纹,且沿建造方向扩展。残留孔洞主要来自粉末空心缺陷,残留粉末颗粒则由粉末飞溅产生。     

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%。     

18Ni300模具钢粉末3D打印工艺研究

采用单因素实验变量分析和正交试验极差分析等研究方法,研究了选区激光熔化3D打印过程中激光功率、扫描速度和扫描间距对18Ni300马氏体时效钢成形试样的相对密度和硬度影响规律,确定最优成形条件。同时对优化试样的显微组织和力学性能进行了研究。结果表明:优化试样其熔道和熔池搭接紧密,晶粒细小且形状规则,显微组织分布均匀,转变过渡良好,内部缺陷少,采用优化参数成形的拉伸试样的力学性能与未热处理的锻造18Ni300马氏体时效钢相当。     

激光重熔对Ti-6Al-4V选区激光熔化成形质量的影响

目的 针对选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形Ti-6Al-4V过程中易产生孔隙缺陷、成形质量差等问题,提出"初次扫描+低激光功率重熔"的成形方式,研究激光重熔对SLM成形质量的影响机制以及重熔功率对成形质量的影响规律,优化工艺参数.方法 基于ANSYS软件,模拟SLM加工过程及激光重熔过程的熔池、温度场分布,利用金相显微镜观测成形件截面缺陷形态、分布及金相显微组织,并利用显微硬度计及摩擦磨损试验机分别测试成形件的显微硬度及摩擦磨损性能.结果 随着激光重熔功率的增大,重熔熔池尺寸增大,温度梯度过渡渐缓,初次扫描形成的缺陷经重熔后得以填补,试件孔隙逐渐减小.当激光重熔功率为120 W时,成形件的致密度达到99.89％;当激光重熔功率为100 W时,成形件的硬度达到444.0HV0.3,相较于未重熔件提高了21.0％,平均摩擦系数为0.396,相较于未重熔件降低了13.73％.结论 激光重熔可以有效提高SLM成形件的致密度、显微硬度及摩擦磨损性能.随着激光重熔功率的增大,成形件的熔池范围扩大,初次成形的孔隙尺寸明显减小,成形件中的β相晶界扩展,针状马氏体尺寸增大,显微硬度得以提升.当激光重熔功率为140 W时,熔池剧烈波动,凝固过程中较大的固态收缩使成形质量出现下降趋势.     

选区激光熔化Al-Mg-Sc-Zr合金成形性及力学性能研究

通过选区激光熔化(SLM)技术制备Al-Mg-Sc-Zr铝合金,系统研究了不同工艺参数对铝合金粉末成形性以及不同时效处理条件对SLM成形样品组织和力学性能的影响。结果表明,在高激光功率和低激光扫描速度下,SLM成形样品的致密度较高。沿样品沉积方向可观察到熔池层层堆叠的显微组织,熔池边界和熔池内部均存在细小纳米颗粒。经不同温度时效处理后,样品的硬度和压缩屈服强度先增加后降低。SLM成形样品经400℃时效处理3 h后屈服强度达到最大值469±4 MPa。     

激光功率对SLM成形304L不锈钢组织和力学性能的影响

为了解激光选区熔化成形(SLM)技术不同激光功率对304L不锈钢微观组织及力学性能的影响,从而获得合适的304L不锈钢成形激光功率参数,对激光功率为300～440 W,扫描速度为800 mm/s的SLM成形冲击试样进行表面硬度和冲击吸收能量试验,采用金相显微镜和扫描电镜对试样金相组织和冲击试样断口进行观察。结果显示,经SLM成形304L不锈钢微观组织致密,内部仅有少量20μm以下的孔洞,其侧面和顶面组织差异较大。激光对304L不锈钢表面硬度影响不大,平均硬度为203HBW,当激光功率为360 W时冲击吸收能量最大,为144.9 J。     

IN718合金增材制造温度场仿真及微观组织分析

针对微观组织的调控相关问题,构建了IN718材料激光选区熔化(selective laser melting,SLM)温度场仿真的三维有限元模型,研究了激光功率和扫描速度对熔池温度场和凝固机理的影响,进而预测增材制造材料的微观组织,为微观组织的调控提供理论依据.首先分析了激光功率和扫描速度对熔池尺寸的影响,分析了不同工...     

选区激光熔化成形12CrNi2合金钢的显微组织和力学性能

利用选区激光熔化(SLM)技术制备了12CrNi2合金钢. 借助金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微硬度仪、室温拉伸试验等方法研究了激光能量密度对合金钢显微组织和力学性能的影响. 结果表明,成形合金钢的宏观组织可分为熔池区与热影响区两部分,微观组织为回火马氏体和少量残余奥氏体. 随激光能量密度(E_V)增加,成形合金钢的孔洞缺陷逐渐减少,致密度逐渐增加,最高可达到99.87%;同时,熔池体积增大,寿命增加,冷却速度降低,导致回火马氏体板条宽化,热影响区变宽,合金钢的显微硬度和强度降低,塑性增加. 在E_V为81.34 J/mm3条件下,SLM成形12CrNi2合金钢具有最优强塑性,抗拉强度和屈服强度分别为1098和882 MPa,断后伸长率为20.07%. 采用SLM技术成形12CrNi2合金钢可获得比激光熔化沉积(LMD)和铸造成形更佳的综合力学性能.     

高致密度激光选区熔化Inconel 718合金中的微小孔隙缺陷和拉伸性能

本文采用激光选区熔化技术制备了高致密度Inconel 718合金试样，研究了工艺参数（激光功率，扫描速度）对合金试样致密度的影响规律，分析了孔隙缺陷的形成原因，对比研究了微小孔隙缺陷存在条件下的拉伸性能变化，并比较了热处理对不同致密度合金力学性能影响。实验结果表明：工艺参数的改变决定了激光与粉末相互作用的模式，在较高激光功率、低扫描速度条件下发生了“匙孔”模式，气孔较多，致密度降低；当功率减小或者扫描速度增大会由“匙孔”模式向“热传导”模式转变，气孔较少，致密度会升高；但是当激光功率过小或者扫描速度过大时产生未熔合孔隙缺陷，使得材料的致密度出现大幅度减小的现象。拉伸测试结果表明，激光选区熔化成形Inconel 718合金的强度并不会随着致密度的增大呈严格单调增大的变化趋势，微小孔隙缺陷的形貌、数量和尺寸也会对拉伸性能产生影响。SIDA热处理可以大幅提高激光选区熔化成形Inconel 718合金的显微硬度及抗拉强度，但塑性呈显著降低。     

选区激光熔化IN738LC合金成形温度场的数值模拟及实验研究

通过数值模拟根据熔池热行为变化规律对选区激光熔化工艺参数进行优化,是提高成形件质量的有效手段。为此,本论文采用ANSYS的APDL语言建立了全参数化的IN738LC合金选区激光熔化过程温度场有限元分析模型,并通过单熔道成形实验对热源模型进行校核。结果表明：随着激光功率的增加或者扫描速度的减小,粉末吸收的线性能量密度不断增加,熔池中心最高温度升高,熔融金属量增加,熔道形态由不规则断续状向规则连续长条状演化;随着扫描速度的增加或者激光功率的减小,粉末吸收的线性能量密度不断下降,熔体流动能力减弱,熔池宽度与熔化穿透深度也随之减小;有限元模拟与实验结果吻合较好,当激光功率为270 W,扫描速度为1150 mm/s时,单熔道具有连续少缺陷、规则良好的成形形貌。     

Impact of laser scanning speed on microstructure and mechanical properties of Inconel 718 alloys by selective laser melting

China Foundry - Inconel 718 alloys were fabricated by selective laser melting under different scanning speeds to investigate the change of the morphology of molten pool, direction of grain growth,...     

固溶时效对SLM成形316L不锈钢块体件显微组织及硬度的影响

采用选区激光熔化技术(Selective laser melting, SLM)成功制备了316L不锈钢块体件,借助光镜(OM)和扫描电镜(SEM)及维氏硬度计研究了不同时效工艺(时效温度分别为650 ℃和850 ℃)对SLM成形316L不锈钢块体件显微组织以及显微硬度的影响。结果表明,SLM成形316L不锈钢块体件显微组织主要由细小柱状晶和蜂窝状晶粒组成。“层-层”和“道-道”熔池边界清晰可见,经固溶时效后边界基本消失,但晶界清晰可见,再结晶晶粒呈合并生长方式长大。650 ℃时效时,试样中少量M₂₃C₆分布于晶界,显微硬度相对较高;随着时效温度的升高,850 ℃时效后试样的晶粒进一步长大,沿晶界形成了大量不连续M₂₃C₆。     

选区激光熔化铝合金的组织和力学性能

通过选区激光熔化(SLM)工艺成型AlSi10Mg试样,研究其显微组织和力学性能。采用某公司生产的AFS-M260选区激光熔化成型机打印AlSi10Mg试样,综合使用显微硬度仪、光学显微镜、扫描电镜、XRD衍射仪进行分析,得出其显微硬度、组织形貌、元素分布和物相组成。由于SLM独特的成型方式而引起共晶结构定向生长,使得试样微观组织在横纵方向呈现各向异性,但相同截面上组织从熔池边界到内部呈现梯度结构,可分为3个区域:粗晶区、热影响区、细晶区,各区域横纵截面对应的α-Al基体尺寸、平均共晶Si宽度、共晶组织含量均呈现下降趋势。试样的硬度显著大于传统铸态试样,但横纵截面相差不大。SLM成型得到的AlSi10Mg试样硬度性能极其优良,成型组织细小,这主要与SLM成型的高冷却速率相关。     

Influence of laser parameters on segregation of Nb during selective laser melting of Inconel 718

A transient three-dimensional powder-scale model was established for understanding the flow field and mass transfer within the molten pool during the selective laser melting (SLM) of Inconel 718 alloy by considering some important physical phenomena, such as, a transition from powder to solid, nonlinearities produced by temperature-dependent materials' properties, and fluid flow in the calculation. The influence of laser power or scanning speed on the flow field and cooling rate was discussed in detail. The simulation results reveal that the motion of molten pool and higher cooling rate promote the mass transfer and benefit the solute distribution by increasing laser power. However, with increasing the scanning speed, the melt flow speed and cooling rate are elevated, resulting in an agglomeration of the solute elements, which is ascribed to the shorter dwelling time of liquid. Therefore, the segregation of Nb can be effectively suppressed by increasing laser power or decreasing scanning speed, which can decrease the dwelling time of liquid.