选区激光熔化金属表面成形质量控制的研究进展

选区激光熔化是目前应用广泛的金属增材制造方法,能够实现复杂精密金属件的成形。但是,由于技术原理的限制,选区激光熔化金属表面与切削加工表面相比,成形质量仍然存在较大差距,影响了这一方法的进一步应用。如何提高表面成形质量,是目前选区激光熔化金属成形领域重要的研究方向。介绍了选区激光熔化成形原理,分析了影响选区激光熔化金属表面成形质量的因素,总结了目前选区激光熔化金属表面成形质量的控制方法及相关研究进展。指出合理地布置成形件位置、避免将成形质量要求高的轮廓面设置为第三类表面、优化扫描工艺参数,是控制和提高选区激光熔化金属表面成形质量的主要途径。     

镍铁金属粉末选区激光熔化工艺研究

采用镍铁金属粉末进行选区激光熔化试验,研究工艺参数对镍铁粉末成形性的影响。通过单层单道、单层多道扫描试验,分析了激光电流、脉冲宽度、扫描速度、激光频率、铺粉厚度、扫描间距等工艺参数对单层单道、单层多道扫描质量的影响。以此为基础,研究了不同工艺参数对多层多道扫描质量的影响,并对不同工艺参数下的试样形貌加以观察和分析,最终确定镍铁金属粉末选区激光熔化成形的优化工艺参数匹配。     

工艺参数对激光选区熔化成形18Ni300钢冲击韧性的影响北大核心CSCD

为了解工艺参数对激光选区熔化成形材料抗冲击能力的影响规律及机制,利用金属摆锤试验机,对不同激光功率及扫描速度下,激光选区熔化成形18Ni300马氏体时效钢进行冲击韧性试验,采用金相显微镜及扫描电镜进行微观组织及断口形貌观察。试验结果显示:随着激光体能量密度的增加,激光选区熔化成形18Ni300钢内部孔洞形缺陷减少,融道内胞状晶数量减少,柱状晶数量增加,韧性冲击断口形貌逐渐由舌状滑移区和大而浅的韧窝转变为均匀小韧窝,最终导致18Ni300钢的冲击韧性增加。通过非线性拟合建立了激光选区熔化成形工艺参数及激光体能量密度与冲击韧性之间的关系。研究表明:激光功率、扫描速度对激光选区熔化成形18Ni300钢的冲击韧性均有显著影响,随着激光体能量密度的增加,18Ni300钢的冲击韧性不断增加,在激光体能量密度达到120 J·mm^(-3)后,冲击韧性趋于平稳。     

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。     

激光选区熔化0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢的成形工艺及显微组织研究

通过激光选区熔化技术制备了0Cr16Ni5Mo1马氏体不锈钢试样,研究了激光扫描速度和激光功率对成形试样致密度及微观组织的影响。结果表明:0Cr16Ni5Mo1粉末SLM优化工艺参数组合为激光功率214 W、扫描速度728 mm/s,试样的致密度最高。在较优工艺参数下,试样组织内部为板条状马氏体;工艺参数不合理时,试样内部δ铁素体较多。     

钽的激光选区熔化成形工艺研究

通过一系列实验探究难熔金属钽的激光选区熔化(Selective?Laser?Melting,SLM)成形工艺,分别选取不同激光功率、扫描速度和扫描间距,进行了单道实验、单层实验以及块体实验.结果表明,SLM成形钽最优工艺参数为激光功率300?W,扫描速度50?mm/s.针对SLM过程中钽层出现不同程度的开裂现象,从热传...     

1Cr18Ni9Ti激光选区熔化成形工艺参数对致密度的影响

采用正交试验,结合典型缺陷形成原因和微观组织,研究了激光选区熔化成形工艺参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)对1Cr18Ni9Ti不锈钢致密度的影响,分析了各工艺参数对致密度的影响规律。结果表明,粉末熔化的能量输入密度主要取决于激光功率和扫描速度;在激光功率325～340 W、扫描速度1 000～1 200 mm/s、扫描间距0.12 mm的工艺参数下,SLM技术可制备致密度高于99.9%的1Cr18Ni9Ti不锈钢零件。采用优化后的SLM工艺参数成形1Cr18Ni9Ti不锈钢试棒的力学性能优于QJ501A-98标准,抗拉强度Rm≥709 MPa,屈服强度R_p0.2≥547 MPa,断后伸长率A≥41%。     

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。     

AlSi7Mg合金选区激光熔化工艺及性能研究

为了研究Al Si7Mg合金选区激光熔化成形工艺及性能,通过改变激光功率和扫描速度,得到不同工艺参数对成形试样性能的影响规律。结果表明:试样的相对密度随激光功率和扫描速度的增大均呈先上升后下降的趋势,试样的相对密度最高可达99.95%;随激光功率的增加,试样的拉伸性能先上升后下降;激光功率为350 W、扫描速度1 400 mm/s时,试样抗拉强度为423 MPa,屈服强度为293 MPa。     

AlSi10Mg合金选区激光熔化成形参数的选择

选区激光熔化成形技术常用于复杂构件的制造,其成形件的力学性能甚至优于热处理后传统铸造件的。在选区激光熔化成形过程中,易出现球化等缺陷,会降低零件的致密度和力学性能,进而影响产品的使用。以AlSi10Mg合金为例,从材料、设备及工艺等参数选择的角度对如何减少合金选区激光熔化成形件球化现象、提高致密度进行了分析。结果表明,氧含量低和粒度小的粉末颗粒可减少球化现象,选择合适的工艺参数,可提高零件的致密度。     

退火处理对3D打印CoCrFeMnNi高熵合金组织和性能的影响

采用选区激光熔化(SLM)工艺制备了等原子比CoCrFeMnNi高熵合金,并对试验合金分别进行了650 ℃×1 h和900 ℃×1 h的退火处理。结合微观组织分析、拉伸性能分析和断裂特征分析,研究了退火工艺对SLM制备的CoCrFeMnNi高熵合金组织和力学性能的影响。结果表明:打印态试样屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为672 MPa、751 MPa和34.3%。650 ℃×1 h退火处理后,屈服强度、抗拉强度和伸长率略微降低,分别为583 MPa、718 MPa和33.5%。900 ℃×1 h退火处理后屈服强度和抗拉强度分别降低至494 MPa和707 MPa,伸长率提高至46.6%。断口呈典型的韧窝特征,变形机制均为纳米孪生。     

退火工艺对激光选区熔化成形Ti6Al4V合金组织及室温力学性能的影响

以Ti6Al4V球形粉末为原料,利用激光选区熔化成形方法制备了Ti6Al4V合金试样,采用光学显微镜、扫描电镜及力学性能测试等手段,研究了退火工艺对Ti6Al4V合金室温力学性能及组织的影响规律。结果表明: SLM成形沉积态Ti6Al4V合金室温抗拉强度超过1200 MPa,而平均断后伸长率仅为4.0%;在650 ℃下进行真空退火处理,合金的抗拉强度仍保持在1200 MPa左右,规定塑性延伸强度R_p0.2高于1150 MPa,但试样的断后伸长率<10%;而在750及800 ℃下进行真空退火处理,合金试样的抗拉强度降至1100 MPa左右,规定塑性延伸强度高于1050 MPa,伸长率达到甚至超过10%,材料的综合强韧性得到明显提升。随着真空退火加热温度和保温时间的增加,SLM成形Ti6Al4V合金原始β晶界逐渐变模糊,晶粒趋向于等轴化。与此同时,快速冷却转变的α′针状马氏体未出现明显地粗化。     

薄片状TiNi形状记忆合金的激光对接焊

采用低功率脉冲激光对厚度为0.2mm的TiNi形状记忆合金进行了对接焊,研究了接头的抗拉强度、断裂应变、相变过程和形状记忆效应.试验发现,低功率脉冲激光能够实现薄片状TiNi合金的良好焊接.冷轧态TiNi合金焊后接头的强度达到母材的97%,断裂应变为母材的95%,对接头进行焊后退火处理其强度有所提高,高于冷轧态母材、达到退火态母材的63.6%,断裂应变为退火态母材的82.5%.冷轧态TiNi合金焊接接头经焊后退火处理,其相变过程和退火态母材接近,形状记忆效应基本和退火态母材相同.     

工艺参数对激光选区熔化成形纯镍表面质量及致密化行为的影响（英文）

研究激光功率和扫描速度对激光选区熔化(SLM)成形纯镍的熔覆道特征、致密化行为和表面粗糙度的影响规律。结果表明,在一定范围内提升激光功率并降低扫描速度,可成形出连续、规则、光滑的熔覆道,这有助于抑制SLM成形过程中孔隙、球化等缺陷的形成。当扫描速度为900 mm/s、激光功率为255～275 W时可获得最佳成形工艺窗口,此时,试样相对密度为99.16%,抗拉强度为(360±2.747) MPa,上表面和侧表面的粗糙度分别为(2.88±2.23)μm和(14.98±0.69)μm。     

热处理对激光选区熔化制备Inconel 718合金组织和拉伸性能的影响

采用激光选区熔化工艺(SLM)制备了Inconel 718合金,并对合金分别进行了1050 ℃×1 h固溶和1050 ℃×1 h固溶+720 ℃×8 h+620 ℃×8 h双级时效热处理。结合微观组织、拉伸性能和断裂特征分析,研究了热处理工艺对SLM制备的Inconel 718合金组织和力学性能的影响。结果表明:固溶处理后合金内Laves相溶解,位错密度显著降低,材料的强塑性匹配较打印态得到良好的改善。经过时效热处理后,γ′和γ″强化相析出使合金强度大幅度提高的同时,保留了一定的塑性。     

激光增材制造钛合金微观组织和力学性能研究进展

激光选区熔化(SLM)技术与激光熔化沉积(LMD)技术在航空航天、生物医疗等领域的应用具有巨大潜力,但由于成形的Ti6Al4V合金构件存在较差的表面质量、较大的残余应力以及内部孔洞等问题,影响了构件的力学性能,从而制约了其大规模的应用。针对这一现状,首先概述了激光选区熔化技术与激光熔化沉积技术的制造原理,比较了2种增材制造技术的成形参数及其特点,并分析了2种不同成形技术的自身优势以及适用场合。其次,从2种增材制造技术成形钛合金的工艺参数入手,综述了激光功率、扫描速度、激光扫描间距、铺粉厚度、粉床温度等参数对SLM工艺成形钛合金的影响,以及激光功率、扫描速度、送粉速率等参数对LMD工艺成形钛合金的影响。发现成形工艺参数直接影响了粉末熔化程度、熔合质量和成形显微结构,从而影响成形件的组织与力学性能。此外,综述了不同的扫描策略对两种增材制造技术成形钛合金的表面质量与力学性能的影响,可以发现在不同扫描策略下同一试样表面的不同区域表面质量、残余应力以及抗拉强度存在较大差异,同一扫描策略下试样的不同表面之间也存在各向异性。最后,探讨了不同热处理工艺对钛合金微观组织和力学性能的影响,通过合适的热处理能够降低成形构件应力,并调控组织相变和性能。     

退火工艺对激光立体成形TC21钛合金组织和性能的影响

利用BLT-C1000型激光立体成形设备制备了TC21钛合金块体,并对其分别进行了单级和双级退火处理,研究了单级和双级退火工艺对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,激光立体成形TC21钛合金的沉积态组织主要为网篮状组织。单级退火温度影响初生α相板条尺寸,低于550 ℃退火时,初生α相板条长度和宽度变化较小,高于650 ℃退火时初生α相板条长度明显增加,宽度略微降低。屈服强度和抗拉强度随退火温度升高而降低,断后伸长率和断面收缩率随退火温度升高而增大。双级退火时随第一级退火温度升高,初生α相含量降低,随着第二级退火温度的升高,次生α相尺寸增加。综合考虑,双级退火时宜选择870~900 ℃的第一级退火温度和560 ℃的第二级退火温度。     

选区激光熔化Mar-M509合金成形性能及热处理工艺研究

针对选区激光熔化（SLM）成形Mar-M509合金进行了打印工艺参数优化,得到孔隙和微裂纹较少的优化工艺参数。并设计固溶、固溶+时效两种热处理制度,研究热处理对显微组织及力学性能的影响。与直接打印态样品相比,热处理主要导致两种析出相的产生,亮白色近圆形富Cr-Co碳化物颗粒和暗灰色不规则长条形富Ta-W碳化物。室温拉伸试验结果表明,沉积态样品表现出高的抗拉强度和屈服强度,固溶热处理后的抗拉强度降低500MPa,固溶+时效热处理后抗拉强度下降约350MPa。造成强度降低的主要原因是热处理过程中发生了晶粒粗化和残余应力消除。固溶处理后样品中析出物以富Cr- Co碳化物为主,少量大尺寸Ta-W碳化物沿晶界析出。固溶+时效处理后Ta-W碳化物含量增加,以沿晶界和晶内两种方式存在。热处理后材料塑性未得到改善,两种热处理制度均导致产生大量沿晶界析出的碳化物,推测会对材料塑性产生不利影响。为了改善SLM Mar-M509的强度和塑性,需通过热处理工艺对析出碳化物的尺寸和分布进一步调控。     

Selective laser melting of a stainless steel and hydroxyapatite composite for load-bearing implant development

Selective laser melting (SLM) is emerged as a new manufacturing technique to directly fabricate customised implants using metallic materials. This technique is also capable of processing powder mixtures to generate advanced composites offering desirable properties. In this research, the SLM technique was used to directly fabricate hydroxyapatite (HA) and 316L stainless steel (SS) powders mixture with an objective to develop load-bearing and bioactive implants. SLM processing parameters were identified to fabricate pure SS and SS/HA composite specimens. The visual inspections, density measurements, tensile and hardness tests, and microstructural examinations was conducted to illustrate the effect of SLM parameters and HA particles on the properties of SS/HA composites. It was found that the incorporation of HA particles influenced SLM processing parameters including laser power, scanning speed and scanning procedure. A duplication of scanning procedure was necessary to avoid the balling effects and to form well joined SS/HA composite layer. The highest tensile strength of SS/HA parts produced at optimum processing parameters was close to human bone tensile strength and adequate for load-bearing bone implants. Moreover, the SS/HA part had a finer grain size than that of the SS attributed to the HA particles as nuclei to assist heterogeneous nucleation. These finer grains enhanced the hardness of the SS/HA part.