激光选区熔化钛铝合金裂纹形成机理及抑制研究

裂纹是激光选区熔化成形TiAl合金时最常见、破坏性最大的一种缺陷。以Ti-47Al-2Cr-2Nb合金粉末为成形材料,利用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线能谱分析及残余应力检测等检测方法,研究SLM成形TiAl合金过程中裂纹的形成机理及抑制方法。研究结果表明:SLM成形TiAl合金的裂纹为冷裂纹,具有穿晶断裂的特征。由于SLM成形过程中的快速加热冷却,成形件内部残余应力高于材料的抗拉强度,导致了裂纹的形成。裂纹多起源于试样侧面边缘粉末黏结、缺口等缺陷存在的地方,此外,合金试样内部含有大量的α2脆性相及孔隙,也有利于裂纹产生和拓展。随着基板预热温度逐渐提升到300℃,一方面温度梯度减小使得材料热胀冷缩减弱,试样内部的残余应力由(267.2±13.4) MPa降低到(172.6±8.6) MPa;另一方面,预热导致β相稳定性提高,α2脆性相的含量减少,最终使得试样中的裂纹数量和尺寸明显得到控制,试样的相对致密度也由87.64%上升到93.84%。