【摘 要】
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随着时代潮流发展,增材制造不断面临新挑战,除了延续选区激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）技术高精度、高成形度的优点之外,通过更加精细的分析抑制内部缺陷,并提高成形件的各项性能具有更加现实的意义。为避免传统离线调控工艺的滞后性,本文通过建立高速摄像机实时监测系统,从微观角度对SLM成形Ti-6Al-4V（TC4）零件内部缺陷的形成机制与调控进行系统化研究。研究中发现S
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随着时代潮流发展,增材制造不断面临新挑战,除了延续选区激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）技术高精度、高成形度的优点之外,通过更加精细的分析抑制内部缺陷,并提高成形件的各项性能具有更加现实的意义。为避免传统离线调控工艺的滞后性,本文通过建立高速摄像机实时监测系统,从微观角度对SLM成形Ti-6Al-4V（TC4）零件内部缺陷的形成机制与调控进行系统化研究。研究中发现SLM成形TC4过程中熔合不良和气孔为主要内部缺陷,且球化、飞溅及匙孔是形成内部缺陷的主要微观现象。在低能量密度区间,球化现象是形成熔合不良的主要原因,过厚的铺粉层厚会导致熔池分裂球化,调控线能量密度达0.3J/mm时球化现象消失。在较高能量密度区间,大尺寸飞溅及匙孔现象分别引起熔合不良缺陷与气孔。飞溅现象主要包括:液滴飞溅、粉末团聚飞溅、卫星颗粒飞溅、碰撞飞溅颗粒,激光能量密度过大会产生大尺寸液滴飞溅,激光扫描速度过快会导致飞溅数量增加。调控激光功率、扫描速度及体能量密度并结合飞溅颗粒数量、粒径的变化规律得出,SLM成形过程中抑制飞溅的最佳工艺区间为激光体能量密度31.893～47.840 J/mm~3,功率120～155W,扫描速度1200～1800 mm/s。匙孔现象主要包括匙孔尾端脱离及旧匙孔断裂,调控激光体能量密度在37.04 J/mm~3左右时匙孔形成缺陷较少。同时,SLM成形的TC4钛合金力学性能随内部缺陷的增加而降低,致密度最高可在激光体能量密度37.037 J/mm~3时达到99.84%。本文深入研究了三种微观现象与内部缺陷形成的关系,提出了缺陷控制方法,为提高SLM成形TC4合金工艺质量提供理论依据。
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