激光选区熔化制造工艺参数对TC4钛合金成型件致密度和硬度的影响规律

采用选区激光熔化(SLM)工艺成型TC4钛合金,运用双因素控制变量法,从输入体能量密度方面,研究了激光功率P、扫描速度V对多层成型件致密度和表面硬度的影响规律。试验结果表明：当单位体积粉末输入体能量密度φ为119.05～166.67 J/mm~3时,成型件致密度可达到96.62%～97.41%,表面显微硬度达到415.2～425.4 HV,高于成型前粉末微粒显微硬度335.4 HV。在激光功率P=200 W、扫描速度V=600 mm/s、铺粉厚度H=0.04 mm、扫描间距S=0.06 mm时,成型件致密度达到97.41%,表面显微硬度达到440.5 HV,成型的钛合金件具有良好的力学性能。     

激光直接烧结FGH95合金的微观组织与性能

基于直接激光金属烧结成形技术,以FGH95镍基高温合金粉末为研究对象,讨论了烧结工艺参数对制件微观组织、体积密度及显微硬度的影响。制件微观组织结构由等轴晶和枝状晶组成,在较高的激光功率、较低的扫描速度和较小的扫描间距时,等轴晶数量减少,尺寸增加,而枝状晶数量多且晶粒细微。制件的体积密度随着激光功率的提高而增大,随着扫描速率和扫描间距的增大而减小;随着激光功率和扫描速度的提高,制件的显微硬度呈先降后升趋势;随着扫描间距的增大,制件的显微硬度呈递增趋势,在到达最大值时有明显的回落。采用激光功率为900 W,扫描速度为0.8 m/min,扫描间距为0.6 mm以及粉层厚度为0.9 mm的参数组合,可获得表面平整、体积密度高、晶粒均匀细小和无明显微观缺陷的制件,其显微硬度可达到477 HV。     

选区激光熔化成形24CrNiMo合金钢的组织结构与力学性能

采用选区激光熔化(SLM)技术制备了24CrNiMo合金钢件,研究了SLM工艺参数对成形合金钢件显微组织、致密度、硬度及拉伸性能的影响。结果表明:成形合金钢的显微组织由回火马氏体和少量残余奥氏体组成;随着激光功率增大和扫描速度降低,熔池体积增大,冷却速度降低,回火马氏体板条粗化,热影响区变宽,合金钢的硬度降低;同时,成形合金钢内未熔合孔洞减少,致密度增加;当激光功率为320 W、扫描速度为750 mm/s时,合金钢的致密度最高,为99.93%;当激光功率为320 W、扫描速度为950 mm/s时,成形合金钢的拉伸性能最佳,其抗拉强度和屈服强度分别为1362 MPa和1252 MPa,延伸率为16.2%。在合适的激光成形参数下,SLM成形24CrNiMo合金钢的综合力学性能明显优于铸态合金钢。     

选择性激光熔融钴铬合金成形工艺研究

针对牙科钴铬合金(remanium star CL)进行选择性激光熔融(SLM)成形实验,测试分析钴铬合金成形件微观组织及表面质量,研究激光功率、扫描速度、扫描间距及其综合作用下的激光能量密度对钴铬合金件表面粗糙度、相对密度及维氏硬度的影响。研究结果表明,相同激光能量密度下,不同的激光功率、扫描速度、扫描间距也会导致不同的表面粗糙度。SLM成形钴铬合金件相对密度随激光功率的增加而增大且变化速率逐渐缓慢;扫描速度在80~100 mm/s时,钴铬合金SLM成形相对密度最大值达94.95%。随着激光扫描间距的增大,钴铬合金件的相对密度下降。试件维氏硬度随激光功率和扫描速度的增大均呈现先增大后减小的变化规律。此外,激光功率从50 W变为100 W时,网状晶粒平均尺寸由0.8μm增大到2μm左右,然而过大的激光功率将导致晶粒尺寸过大使硬度降低。SLM成形钴铬合金件维氏硬度平均硬度为392 HV,在合理范围内略高于标准值。     

选区激光熔化4Cr5MoSiV1模具钢显微组织及显微硬度研究

采用选区激光熔化(SLM)技术制备4Cr5MoSiV1模具钢试样,研究激光线能量密度η对显微组织、碳元素损耗及显微硬度的影响。研究表明:SLM成型4Cr5MoSiV1模具钢试样的显微组织主要为马氏体和少量残余奥氏体。脱碳反应、飞溅行为和元素烧蚀共同造成碳元素的损耗,当η=950J·m~(-1)时,碳元素损耗率高达17.7%。随着η的增加,试样的晶粒尺寸增大、碳元素损耗率升高、马氏体含量降低;在同一η下,试样过渡区的晶粒尺寸最小、碳元素损耗率最低,而热影响区的晶粒尺寸最大、碳元素损耗率最高。随着η的减小,孔隙缺陷增多;当η过大时,试样将出现冷裂纹缺陷。当η=905J·m~(-1)时,试样显微组织均匀,致密度高,具有较高的显微硬度(熔池中心区域为710.3HV,过渡区为732.4HV)。     

光纤激光水下切割1mm厚304不锈钢的实验研究

在氩气辅助下,利用光纤激光水下切割1mm厚304不锈钢板。通过切缝平均宽度研究激光功率、切割速度、水层厚度、水体条件等对切割效率及切割质量的影响规律。宏观上,激光功率过低、切割速度过快、水层过厚等因素会降低激光切割效率和质量。在模拟海洋环境的盐水中进行切割试验,水的高盐度和低温大大降低了切割效率。微观上,熔化区、热影响区(HAZ)和基体的组织成分、显微硬度各异,熔化区边缘出现表面形核现象,熔化区晶胞尺寸随着激光能量密度增大而增大;热影响区组织粗大,显微硬度低于基体与熔化区硬度。熔化区边缘硬度达到242.8HV,局部氧化区域硬度高达963HV,是基体硬度的4.3倍;熔化区中部硬度为165.1HV;热影响区硬度为124.6HV,不锈钢基体硬度为223.4HV。     

选区激光熔化激光功率对316L不锈钢熔池形貌及残余应力的影响

针对选区激光熔化(SLM)工艺参数的匹配性对成形质量的影响,选取三种激光功率在不同的扫描速度和扫描方式下进行实验,研究了激光功率对熔池形貌及残余应力的影响。结果表明:随着激光功率增大,熔池的几何尺寸和成形件中的残余应力均变大。这主要是因为在上述参数序列下,随着激光功率增大,热流密度增大,相同层厚与截面下的温度梯度增大,熔池温度升高,熔池尺寸变大,从而导致成形件熔融时的晶面夹角及晶界间距较大,进而产生了较大的热应力,成形件冷却凝固后的残余应力过大。在实际应用中,通过合理设计匹配的工艺参数,可以得到较适合的熔池几何尺寸(即较合理的温度梯度分布),从而减小热应力,进而减小残余应力,得到成形质量较高的SLM工件。     

激光选区熔化WC 12Co复合材料成形工艺与性能研究

硬质复合材料因拥有高硬度、高强度和耐磨性好的特点,常被用做刀具生产的合金材料。使用激光选区熔化技术,通过改变成形工艺参数激光功率和扫描速度,制备WC 12Co硬质合金样件,研究工艺参数对成形试样致密度、截面金相组织和显微硬度的影响。结果表明：当激光扫描速度值不变时,随着激光功率的增大,成形试样的致密度呈现逐渐增大的趋势;当激光功率值不变时,随着激光扫描速度的增大,成形试样致密度先增大后减小,扫描速度对致密度的影响较为明显;线能量密度值过大或者过小都不利于试样致密度的提高;在激光功率290 W、扫描速度为900 mm/s的最佳参数组合下,得到了致密度为91.392%的WC 12Co试样。通过对工艺参数进行合理匹配设计,为SLM成形WC 12Co应用于实际工业生产提供了理论和工艺实践参考。     

工艺参数对选区激光熔化316L不锈钢缺陷的影响

通过试验观察和数值模拟研究了关键工艺参数(激光功率、扫描速度和激光能量密度)对选区激光熔化316L不锈钢样缺陷的影响，结果表明，孔隙是造成致密度降低的最主要原因。不同类型孔隙的产生与工艺参数特别是激光能量密度密切相关。激光能量输入不足(E<52.778 J/mm³)，特别是熔池宽度不够是造成未熔合孔隙的关键原因。激光能量输入过高(E≥93.056 J/mm³)时，熔池温度过高和尺寸过深，是导致匙孔形成的重要因素。而气孔很难完全消除，但合理控制避免过高激光能量输入有利于降低气孔尺寸。通过合理调整工艺参数，致密度可以达到99.62%。     

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。