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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

增材316L不锈钢的激光冲击强化研究

增材制造与激光冲击强化技术相结合,以提高增材制造打印产品的力学性能。本文以316L不锈钢粉末为实验原料,通过同轴送粉式增材制造工艺获得实验试件;利用SIA LSP 23系列激光冲击强化系统在不同激光能量下对增材316L不锈钢试件进行处理,研究了增材316L不锈钢实验试件激光冲击强化处理前后的残余应力、显微硬度和抗拉强度。经激光冲击强化处理,增材316L不锈钢近表面引入了残余压应力、并伴随着显微硬度和抗拉强度的显著提高;所引入的残余压应力、显微硬度和抗拉强度随激光能量的增加而增加,表明较高的激光能量能够获得较好的激光冲击强化效果;激光冲击强化作用后的增材316L不锈钢的截面显微硬度分布规律与残余应力分布规律类似,但显微硬化层深度要比残余压应力层深度要深0.15～0.25mm。激光冲击强化可作为一项后处理技术用来提高增材制造打印产品的力学性能。     

300M钢激光熔覆316L不锈钢修复层组织及性能研究

通过对300M钢表面激光熔覆316L不锈钢修复的实验研究,探究激光熔覆修复层的组织及性能,本文在前期实验的基础上,选用316L不锈钢粉末作为熔覆材料,开展变功率激光熔覆对比实验研究.采用金相分析、EDS分析、XRD分析、电化学分析的方法,研究了不同激光功率对熔覆层宏/微观组织、显微硬度和耐蚀性能的影响.结果表明:当激光...     

激光直接金属沉积316L不锈钢表面粘粉工艺研究

为了探究激光直接金属沉积316L不锈钢的表面粉末粘附工艺规律, 利用高速摄像机分析粉末粘附类型, 采用单因素试验的方法, 定量研究了单道多层沉积中的送粉速率、送粉气流量和线能量密度对粉末粘附的影响规律。结果表明, 粉末粘附主要包括熔池熔液逸出和未熔粉末粘附两种类型; 随着送粉速率的增加和送粉气流量的减小, 薄壁件侧表面粉末粘附程度增加, 而粉末粘附程度则对激光线能量密度的变化不敏感; 激光功率700W、扫描速率700mm/min、送粉量13.54g/min、送粉气流量14L/min、离焦量+22mm时, 激光直接金属沉积薄壁件表面粉末粘附较少。研究结果能够成为改善316L不锈钢增材制件表面质量的重要依据。     

NULCB钢激光焊接接头组织、性能的研究

为了研究新一代超低碳贝氏体(NULCB)钢的焊接性,利用kW CO2激光对NULCB钢进行了焊接,并分析了焊接接头组织、性能的变化规律.试验结果表明,激光焊接接头显微硬度均高于母材,未出现明显的软化区;焊缝区和热影响区粗晶区组织均为贝氏体板条和M-A组元组成的粒状贝氏体;热输入由120J/mm～600J/mm范围内变化时,随着热输入的增大,M-A组元的平均宽度、总量、形状因子增大,M-A组元线密度减少;随热输入的增大,激光焊接焊缝区冲击吸收功先增大然后减小.合适的激光焊接条件下,激光焊接焊缝区具有良好的韧性,其低温冲击吸收功高于母材.     

激光熔覆316L不锈钢涂层的结构与腐蚀性能

使用激光多道搭接法在45#钢基底表面熔覆316L不锈钢粉末涂层,对比研究了激光涂层和对应商用棒材的微观结构及其分别在2mol NaCl,1mol FeCl3和0.5mol HCl溶液中的阳极极化腐蚀行为。结果表明,单层激光熔覆粉末涂层受基底钢材稀释的影响,涂层最终的微观结构由马氏体和极少量的奥氏体组成。激光熔覆粉末涂层和商用棒材在上述溶液中表现出相似的极化行为,阳极极化和阴极极化的超电位都遵循Tafel关系,表现出很好的钝化性能和点蚀抗力。与商用棒材相比,涂层材料的自腐蚀电流大、自腐蚀电位低、极化电阻小、抗腐蚀能力略有下降。     

316L不锈钢激光-钨极惰性气体复合焊接工艺研究

为了进一步提高316L不锈钢的可焊性,采用Rofin Sinar 5kW快轴流CO2激光器和Miller钨极惰性气体(TIG)焊机,对3mm厚316L不锈钢进行了一系列CO2激光-TIG电弧复合焊接工艺试验,研究了激光功率、电弧电流、热源间距等工艺参数对焊缝成形的影响规律。在激光功率大于2.5kW时,会产生小孔效应,其对复合焊接熔深影响显著;而当电弧电流小于150A时,焊接熔宽与两热源的热输入关系密切,当电流大于150A时,仅电弧电流是焊接熔宽的决定性因素;热源间距存在一个最佳值2mm~3mm,此时,焊接熔深可提高1.46倍~2.54倍。研究结果表明,复合焊接提高了316L不锈钢的可焊性。