【摘 要】
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选区激光熔化(SLM)技术是目前最为成熟的金属增材制造技术,用于复杂结构件成形,具有周期短、精度高、可用材料多样等优点。但该技术冷却速率极快,且逐点、逐层堆积成形容易导致冶金缺陷、组织不均匀、各向异性明显等问题。工艺参数是影响选区激光熔化技术成形组织和力学性能的重要原因。本文在135-335 W激光功率、400-900 mm/s扫描速度以及25-140 J/mm~3激光能量密度范围内,以316L不
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选区激光熔化(SLM)技术是目前最为成熟的金属增材制造技术,用于复杂结构件成形,具有周期短、精度高、可用材料多样等优点。但该技术冷却速率极快,且逐点、逐层堆积成形容易导致冶金缺陷、组织不均匀、各向异性明显等问题。工艺参数是影响选区激光熔化技术成形组织和力学性能的重要原因。本文在135-335 W激光功率、400-900 mm/s扫描速度以及25-140 J/mm~3激光能量密度范围内,以316L不锈钢为研究对象,研究了激光功率和扫描速度变化对选区激光熔化增材制造316L不锈钢致密度、缺陷、组织和力学性能的影响规律。在本文参数设定范围内,结果表明:孔隙是造成选区激光熔化316L不锈钢致密度降低的主要原因,孔隙的主要类型为未熔合孔隙、匙孔和气孔。随激光能量密度增加,样品致密度先增加后降低。低于52.78 J/mm~3的激光能量输入会造成熔化不足、熔道搭接不完全,从而导致未熔合孔隙。而高于93.06 J/mm~3的激光能量输入会导致熔池温度过高、熔池深度过大,形成显著的匙孔。因此当激光能量密度在52.78-93.06 J/mm~3范围内,致密度高于99%。对组织研究发现,选区激光熔化316L不锈钢的显微组织不均匀,以从熔池边界向中心生长的柱状晶为主。并且柱状晶内存在着更为细小的胞状组织。提高激光能量密度可以促进熔道和层间重熔,从而抑制柱状晶,使晶粒细化和均匀化。由于SLM成形组织中柱状晶的的择优生长,因此成形样品主要存在<100>晶向近似偏离10°平行于构建方向的织构。激光能量密度提高可以细化晶粒并抑制柱状晶,从而减弱择优取向。此外,由于原材料中较高的氧含量和较快的冷却速度,因此增材制造样品中存在大量含Si、Cr和Mn氧化物第二相,其结构为非晶结构。工艺参数变化对第二相的分布影响不大。对性能研究表明,SLM成形316L不锈钢相较传统锻造样品具有更高的强度,抗拉强度最高可达785.98 MPa,但延伸率不超过30%。此外,SLM成形316L不锈钢在550℃下的屈服强度和抗拉强度分别可达360 MPa和450 MPa,具有高温结构件应用前景。由于激光能量密度提高造成的晶粒细化和均匀化,延伸率随激光功率的增加始终呈现增大的趋势。但由于过高能量输入导致的匙孔,强度随能量密度增加呈现先增加后降低的趋势。
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