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。     

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。     

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。     

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。     

激光选区熔化成形316L不锈钢组织和力学性能分析

为了综合评价激光选区熔化成形316L不锈钢的力学性能,制备了不同成形方向的316 L不锈钢试样,观察了试样微观组织,测试了其拉伸性能、布氏硬度、冲击性能、弯曲性能.结果表明,微观组织主要为胞状晶及呈外延生长的柱状晶,且柱状晶晶粒取向各不相同,在相邻熔覆道熔合线附近的晶粒尺寸大于远离熔合线区域.激光选区熔化制备的试样的抗...     

预热对选区激光熔化316L不锈钢力学性能的影响

为了提升激光增材制造316L不锈钢的综合性能，比较了室温、预热100℃和200℃三种条件下选区激光熔化(SLM) 316L不锈钢试样的组织、拉伸性能、冲击韧性和疲劳性能。结果表明：SLM制备的316L具有显著的各向异性。沿水平面方向和沿垂直方向取样时，试样室温冲击功分别约为轧制板材的47%和44%;室温制备SLM试样承受垂直方向载荷时的抗拉强度约为其承受水平方向载荷时的抗拉强度的81.6%。预热对致密度和冲击韧性的影响很小；预热使显微硬度和抗拉强度略微降低、延伸率略微提高，但总体上变化不显著。在所设置的试验条件下，预热对试样承受垂直方向载荷时的疲劳寿命的影响很小，但使试样承受水平方向载荷时的疲劳寿命得到明显提高。分析认为，预热后试样在疲劳试验中需要经历更多循环载荷加载次数才能达到临界裂纹尺寸。     

选区激光熔化制备316L不锈钢点阵结构的力学性能研究

利用选区激光熔化技术制备了3种类型的316L不锈钢点阵结构试样。进行了准静态单轴压缩试验,结果显示,与实体金属结构相比,点阵结构的弹性模量从180 GPa降低至2 GPa以下。进一步地研究发现,孔隙率是影响点阵结构刚度的主要因素之一,并得到了相应的数值关系。在保证整体尺寸和孔隙率不变的情况下,点阵的大小和数量的改变对点阵结构刚度和屈服强度的影响较小。然后建立了有限元模型分析全尺寸点阵结构的宏观变形和应力分布以及单点阵的微观应力、应变的变化规律。利用超景深显微系统检测了试样的打印精度,发现在垂直于打印方向上测量的杆径值均大于平行于打印方向上测量的杆径值。最后根据工业用计算机断层成像系统检测结果,得到了点阵结构的变形机制。     

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。     

激光选区熔化成形Ti6Al4V、GH3536和316L不锈钢组织及性能研究

采用激光选区熔化工艺制备Ti6Al4V、GH3536和316L不锈钢三种不同材料的试样,借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、万能拉伸试验机、维氏硬度仪等设备研究了其微观组织演变及力学性能.结果表明:Ti6Al4V内部分布大量针状马氏体α'相,成形过程中分解为α+β相形成网篮组织;GH3536横截面呈现条形状,纵...     

SLM成形角度对316L不锈钢成形精度的影响

为了提高选区激光熔化(SLM)成形316L不锈钢成形精度,采用选区激光熔化成形工艺设备制备了不同成形角度的316L不锈钢成形件.通过致密度测量、成形尺寸测量和表面粗糙度测量,研究了成形角度对316L不锈钢成形件成形精度的影响.结果表明:随着成形角的增大,试样的致密度呈先减小后增大的趋势,成形角为0°时致密度最大,为99...     

退火对SLM成形316L不锈钢磨损特性及硬度的影响

对激光选区熔化(SLM)制备的316L奥氏体不锈钢试样进行热处理,选用MFT-R4000摩蚀磨损试验机、显微硬度测量分析系统和光学显微镜(OM)观察316L不锈钢耐磨性、硬度与磨痕宽度.结果 表明:Z向随着退火温度升高,试样硬度均呈下降趋势,SLM试样与880℃热处理后试样硬度相差较小,y向硬度影响较小.载荷增大,磨痕...     

选区激光熔化成形零件支撑结构性能差异研究

利用选区激光熔化制造金属零件时，悬垂构件的可制造性和成形质量与添加的支撑结构密切相关。采用热弹塑性有限元分析方法，研究了不同支撑类型的热传导特性，并通过试验揭示了支撑类型对316L试件翘曲变形、表面形貌、显微组织及显微硬度的影响规律。结果表明：块状支撑的散热性能优于锥状支撑，将试件峰值温度降低了6.7%，温度振荡幅度降低了41.07%，而其较好的导热性能使试件下表面粗糙度降低了6.23%，同时悬垂区域金属组织中出现了细化晶粒（18.42μm）及脆而硬的网状Cr、Ni相，显微硬度提高到234 HV。锥状支撑将试件变形降低了1 mm，而试件底部较少的气孔缺陷使硬度波动降低了14 HV。分析认为，组合支撑中增加块状结构的比例有利于提高试件成形精度和力学性能，增加锥状结构的比例有利于减小试件翘曲变形程度。     

层间激光重熔对激光选区熔化成形件内部残余应力的影响

激光选区熔化（SLM）成形316L不锈钢的内部残余应力是影响成形件力学性能的关键因素之一。考虑到重熔回火效应对残余应力的影响规律，笔者提出了成形件“层间激光重熔”的成形方式，针对性研究了层间重熔对SLM成形件内部残余应力的影响。利用有限元软件Abaqus建立成形过程的三维瞬态仿真模型，模拟了间隔1～10层重熔与未重熔成形件内部残余应力的变化规律，并通过实验研究了间隔2、5、10层重熔与未重熔成形件的内部残余应力、显微组织、表面形貌、抗拉强度、冲击韧性及显微硬度。结果表明：层间激光重熔在重熔层及其相邻层产生的回火效应有利于降低成形件内部的残余应力，使力学性能得到改善。当重熔间隔为2层时，成形件内部残余应力的测量值和模拟值分别较未重熔样件降低了77.1%和70.6%，同时成形件的抗拉强度达到702.99 MPa，相较于未重熔样件提高了6.2%；冲击吸收功达到209.5 J，相较于未重熔样件提高了11.97%；显微硬度达到391.8 HV，相较于未重熔样件提高了6.35%。分析认为，采用层间激光重熔方式可以显著降低成形件内部的残余应力，提高成形件的力学性能。