激光选区熔化成形AZ91D镁合金的力学性能与精度研究

激光选区熔化(selective laser melting,SLM)增材制造技术可实现镁合金零件的快速制造,但有关SLM成形镁合金力学性能和成形精度的综合研究较少。以AZ91D镁合金为对象,研究了SLM成形镁合金的致密化行为、组织结构、力学性能、表面粗糙度和尺寸精度。结果表明:当实体填充所用的激光能量密度大于110 J/mm3时,成形试样可达到高度致密(致密度>99.5%),但致密度与激光能量密度并无严格的一一对应关系。高致密样品呈现微细枝晶状显微组织,极限抗拉强度、屈服强度、伸长率均超过同牌号压铸件。仅采用实体填充时,高致密、高性能样品的加工误差较小,为0.25%,但表面粗糙度较高,为(17.7±1.9)μm;加入适当的轮廓扫描后,可以将表面粗糙度降低至(14.4±1.1)μm,加工误差降低至0.12%。

刻划光栅刻线弯曲误差在线修正技术研究

刻划光栅存在刻线弯曲误差,将直接影响光栅的衍射波前质量。通过构建光栅刻线弯曲误差与衍射波前的映射关系,搭建了光栅刻线弯曲误差的实时测量光路,论述了光栅刻划机主动控制技术原理,将光栅刻划机主动控制技术用于光栅刻线弯曲误差的在线补偿。通过对比光栅刻划实验验证该方法的可行性。上述方法能够准确提取并有效补偿光栅刻线弯曲误差,将光栅衍射波前由0.074 λ提高到0.038 λ,提高了48.6%,同时有效地解决了光栅表面弯曲问题。其研究结果可用于提高机械刻划光栅质量,具有重要的理论及应用价值。

LPBF成形新型定向凝固镍基高温合金基础工艺研究

研究了激光粉末床熔融(LPBF)增材制造技术成形新型定向凝固镍基高温合金ZGH451的致密化行为、显微组织和凝固晶粒取向。结果表明:未熔合和凝固裂纹是主要冶金缺陷;通过增大激光功率、减小扫描间距和扫描速度,可以有效消除未熔合缺陷;在激光功率150 W、扫描层厚0.02 mm、扫描速度600~800 mm/s、扫描间距0.06~0.08 mm的工艺窗口内,可以获得无裂纹、高致密(致密度为99.9%)样品,其凝固组织主要由基本沿构建方向定向生长的柱状晶构成,具有典型的微细枝晶显微组织,一次枝晶间距小于1μm,二次枝晶不发达。枝晶间存在TiC和TaC颗粒析出,未观察到明显的γ/γ′共晶。样品呈现出一定的定向凝固特性,[001]织构明显,但相邻熔道搭接区域内仍有复杂热流产生的大取向差柱晶。样品力学性能优异,其屈服强度与传统定向凝固工艺制备的第三代单晶高温合金相当。研究结果证实了采用LPBF技术成形定向凝固ZGH451镍基高温合金的可行性。