工艺参数对激光选区熔化316L不锈钢表面质量的影响

通过多因素实验法在316L不锈钢基体板上采用激光选区熔化技术(SLM)成型单道和单层的熔覆层。对打磨后的熔覆道在扫描电镜(SEM)下进行观察。调节扫描间距和扫描方式,使用定因素分析法,根据成型面质量,找出最合适的扫描间距和扫描方式。结果表明:在其他成型参数一定的条件下,适当增加激光功率能增加粉末能量摄入,减少制件表面缺陷。在扫描间距为0.07 mm时搭接率大小合适。扫描方式对成型制件的表面粗糙度和硬度都有一定影响,在确定其他成型参数后,采用跳转变向的加工方式能成型出较好质量、较大硬度的制件。制件表面球化现象主要因为熔融金属在较短的冷却时间内不能完全铺展开形成球状的颗粒,适当提高激光功率能有效减少球化颗粒的产生。     

热处理对激光选区熔化成形316L不锈钢组织和力学性能的影响

采用激光选区熔化成形工艺制备了316L不锈钢试样,并对其分别进行了400℃×4 h的退火处理以及1020℃×0.5 h的固溶处理。采用扫描电镜、显微硬度计及电子万能试验机等研究了直接成形态、退火态和固溶态试样的微观组织、拉伸性能、布氏硬度和夏比冲击吸收能量。结果表明:直接成形态试样经400℃×4 h退火后,组织变化不明显,抗拉强度、伸长率、布氏硬度及夏比冲击吸收能量都略有提高;直接成形态经1020℃×0.5 h固溶处理后,熔池搭接边界发生溶解,层层搭接边界消失,抗拉强度、屈服强度、布氏硬度分别降低了8.8%、27.2%、13.7%,伸长率、夏比冲击吸收能量分别提高了43%和25%。与其它两种状态相比,固溶状态下,试样的性能更稳定,强度与韧性的组合较好。     

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。     

选区激光熔化成形316L不锈钢多孔结构及力学性能

基于选区激光熔化技术(SLM),制备了BCC、FCC、FCCZ 3种不同拓扑单元的316L不锈钢多孔结构,验证了该技术成形复杂多孔结构件的可行性。对试样进行了准静态压缩试验,得到了多孔结构在压缩过程中的变形模式和力学响应曲线,对比分析了3种结构试样的力学性能。结果表明,FCCZ型多孔结构的抗压性能和能量吸收特性均优于BCC型和FCC型结构;利用ABAQUS/Explicit软件进行准静态压缩仿真,仿真结果和试验结果基本符合。     

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%。     

316不锈钢选区激光熔化成形工艺优化

针对316不锈钢材料,以精度、表面质量和致密度为优化目标,在选区激光熔化3D打印设备上进行了工艺单因素和多因素寻优试验。分析了实验数据,得出了合理的成形工艺方案。运用该方案,基于复杂三维实体造型,加工出了316不锈钢成形件。经检测,复杂成形件的精度、质量和致密度被优化。     

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(...     

热处理工艺对316L不锈钢粉末激光选区熔化成形的残余应力及组织的影响

对316L不锈钢粉末进行了激光选区熔化(Selective laser melting, SLM)成形,采用光学显微镜、扫描电镜和电子背散射衍射技术等研究了其热处理前后的残余应力及组织的变化。结果表明:热处理前试样的残余应力值从上表层向靠近基板的底层逐渐增大,残余应力较大;热处理后试样的残余应力降低,转变为较小压应力的稳定态;SLM直接成形试样的晶粒非常细小、晶粒尺寸为1～2μm,以月牙状铁素体组织为主,晶面位向差异与晶界间距大,相互之间形成了不平衡态的熔融热应力,导致产生了较大残余应力;固溶+时效热处理后,合金元素进行固溶重晶,晶粒长大,晶粒尺寸达到10～30μm,形成椭圆形的奥氏体组织,晶面位向差减小,为较均匀的各向同性配置,这种重晶促进了应力释放,残余应力明显降低或消除。     

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。     

激光选区熔化成形316L不锈钢冲击缺口敏感性

通过激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术制备了致密度均大于98%的316L不锈钢试样,研究了激光成形316L不锈钢的显微组织和力学性能,分析了不同预制缺口深度对沉积态试样冲击性能的影响。研究表明:激光熔融粉末过程伴随强温度梯度和高冷却速度会形成条状及胞状亚晶组织,导致试样的抗拉强度高达633.35 MPa,屈服强度为405.22 MPa;而融合不良引起的孔缺陷导致试样伸长率仅为15.53%。随着缺口深度的加深,沉积态试样冲击韧性降低,缺口深度为0 mm时冲击试样只发生弯曲并未冲断,缺口深度为0.3 mm时冲击试样断裂且冲击韧性为206.62 J/cm2。断裂区冲击韧性αc、剪切唇区冲击韧性αs、断裂区面积Fc、剪切唇区面积Fs和试样缺口深度D成幂函数或指数函数关系。     

分区尺寸对选区激光熔化成形316L表面结构的影响*

分区扫描策略对选区激光熔化成形件的表面质量有重要影响,而目前分区尺寸对成形件表面结构的影响规律尚不清晰。为进一步提高选区激光熔化成形带支撑悬垂结构的表面质量及尺寸精度,以带支撑方形悬垂结构为研究对象,结合数值模拟与成形试验从表面原始轮廓的形状误差、波纹度与表面粗糙度三个不同波距的表面结构进行研究。研究结果表明：随着分区尺寸的减小,成形件表面边缘的翘曲高度逐渐降低,但相邻分区之间的轮廓起伏程度逐渐增加,成形件截面轮廓的形状误差与表面粗糙度得到改善,波纹度呈现出增大趋势,使成形表面形貌呈先改善后降低趋势。形状误差、波纹度与表面粗糙度随分区尺寸的减小变化趋势并不一致,分区尺寸过小会导致热累积现象明显,波纹度增加。在减小分区尺寸的同时适当降低激光能量输入,能有效改善表面形貌。为提高SLM成形带支撑悬垂结构的尺寸精度和表面形貌提供了理论基础。     

微米级选区激光熔化316L不锈钢的拉伸力学性能

为辅助理解金属材料高精密增材制造成形机理,本工作利用微米级选区激光熔化(micro-selective laser melting,M-SLM)技术制备了316L不锈钢,对其拉伸性能及断裂行为进行了研究,并对断后横向和纵向拉伸试样显微组织和断口形貌进行了表征与分析,对近断面塑性变形区的晶粒取向、晶界特征分布等进行了电子背散射衍射(EBSD)分析。结果表明：M-SLM制备316L不锈钢晶粒内部存在尺寸为100～300 nm的胞状组织结构,拉伸断口呈韧窝状,窝口直径80～500 nm,这使得316L不锈钢的横向平均抗拉强度达692.1 MPa,纵向平均断后延伸率达54.6%,明显优于传统SLM技术制备的316L不锈钢。M-SLM制备316L不锈钢在拉伸过程中奥氏体Σ3孪晶界的出现与晶粒取向有关,其在取向接近<111>的晶粒中较易出现。进一步分析指出,Σ3晶界的出现阻断了特殊晶界网络的连通性。通过基于EBSD的矩形截面法对共格Σ3 (Σ3_c)和非共格Σ3 (Σ3_ic)晶界进行了统计分析,显示316L横向拉伸试样近断口区的Σ3_c...     

激光工艺参数对选区激光熔化钽微观组织和力学性能的影响

研究了单、双层扫描策略和能量密度（246~640 J/mm³）对选区激光熔化钽显微组织及力学性能的影响。采用扫描电子显微镜和电子背散射衍射对选区激光熔化钽的显微组织进行表征,并对其显微硬度和拉伸性能进行检测。结果表明,选区激光熔化钽显微组织由明显向上生长的柱状晶构成,双层扫描后的钽具有更细的晶粒尺寸。随着输入能量密度的提高,选区激光熔化钽的强度、显微硬度和塑性均具有明显的上升趋势。此外,双层扫描工艺可进一步提高材料密度,且在保留强度的基础上,增强材料塑性。在能量密度为640 J/mm³（双层扫描）时,金属钽性能最优,显微硬度、极限抗拉伸强度及延伸率分别为2307 MPa,527 MPa和11.4%。     

Al-Mg-Li合金选区激光熔化成形及热处理工艺

设计并制备了多种不同成分的铝锂合金粉末,对其进行了选区激光熔化(SLM)成形,选取高致密、无裂纹的自研铝镁锂合金成形零件进行了热处理工艺研究。结果表明,第三代Al-Li-Cu系铝锂合金在选区激光熔化成形快速凝固过程中极易产生微裂纹,第二代Al-Li-Mg系合金较为适合选区激光熔化成形,能够得到高致密、无裂纹的成形样件;选区激光熔化成形铝镁锂合金在200℃进行时效热处理,强化相主要为δ′相,时效48 h达到峰时效状态,继续延长时效时间,其力学性能有所下降。     

选区激光熔化316L扫描特征参数对表面形貌影响

为研究不同扫描特征参数组合对选区激光熔化(selective laser melting,SLM)表面形貌的影响,以316L不锈钢粉末为例,进行介观尺度的单层双道数值模拟研究.基于离散元法建立单层的粉床数值模型.使用流体体积法对粉床受热部分粉末的熔化过程中的熔化、流动和凝固过程进行计算.考虑激光功率、扫描速度和扫描间距3个扫描特征参数,设计并进行正交试验,从熔道形貌特征和熔道宽度2个方面研究所选扫描特征参数对成形件表面的熔道形貌影响.依据数值模拟中的参数进行实际打印及形貌观察试验,验证数值模拟的有效性.结果表明,在313～500 J/m的线能量密度和50～90μm的扫描间距范围内,可以得到平整连续局部缺陷少的熔道形貌,且该区间内的参数组合依次线性对应;对熔道形貌的完整性影响由大到小依次为扫描速度、扫描间距和激光功率.     

选区激光熔化316L不锈钢大层厚成形质量研究

针对选区激光熔化成形150μm大层厚316L不锈钢进行工艺试验研究,通过对比不同的激光功率、能量密度、曝光时间、点距、线间距对316L不锈钢大层厚成形质量的影响,探索高致密度成形工艺。研究发现,高功率激光参数下成形大层厚试件效果更好,最佳激光能量密度范围是50～70J/mm~3。通过对比小层厚与大层厚成形效果,发现大层厚在成形过程中会产生一些缺陷,通过调整工艺参数可减少缺陷产生。大层厚成形316L不锈钢微观组织主要由等轴晶和少量的柱状晶组成,拉伸力学性能达到锻件标准。     

激光选区熔化成形316L中孔洞类型及产生机理

激光选区熔化(Selective?Laser?Melting,SLM)在金属材料复杂结构制备领域具有明显的优势.分析了SLM成形316L?SS样件的内部与表面孔洞缺陷类型以及产生的机理,为缺陷的控制提供理论依据.实验结果表明,SLM成形316L?SS件内部孔洞缺陷主要包括:熔池交界处的撕裂型三角形孔洞、随机分布的夹杂型...     

热处理对激光选区熔化成形Inconel 718合金显微组织结构和力学性能的影响

主要研究了激光选区熔化(selective laser melting,SLM)成形Inconel 718合金经固溶时效(SA)、均匀化+固溶时效(H+SA)、热等静压+固溶时效(HIP+SA)3种热处理后显微组织结构的转变与力学性能之间的关系.结果表明,沉积态试样的晶粒内部存在大量树枝晶结构,枝晶间析出了大量硬脆La...     

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316L不锈钢的拉伸性能

对选区激光熔化(selective laser melting,SLM) 316L不锈钢的拉伸性能及断裂机制进行了研究,并对拉伸断裂后的试样进行显微组织表征与分析,探究了拉伸变形过程中微观组织的演化规律。结果表明:采用选区激光熔化技术制备的316L不锈钢具有较好的强塑性匹配,其中晶粒内部纳米尺度胞状结构有助于强度的提升;其拉伸性能明显优于传统手段制备的316L不锈钢。选区激光熔化316L不锈钢在拉伸过程中奥氏体晶粒内部产生形变孪晶,并且形变孪晶的出现存在取向相关,在取向接近<001>的晶粒中不易出现,而在取向接近<110>-<111>的晶粒中较易出现。