激光功率对双激光粉末床熔融GH3536合金搭接区组织和性能的影响

多激光粉末床熔融(ML-PBF)采用多束激光并行加工,是提高制造效率和大尺寸零件整体化增材制造的有效方法。但不同的激光束实际工作时参数难以保持一致,特别是激光功率会存在偏差,其中多激光搭接区最为关键。笔者通过设置4组差值为10、20、30、40 W的激光功率组合,探究了激光功率对ML-PBF制备的GH3536镍基高温合金搭接区组织和性能的影响。结果表明:成形试样的致密度最高可达99.6%,但搭接激光功率增大不仅会导致致密度降低至99.3%,孔隙率超过0.08%,还会导致γ相的衍射峰向大角度偏移,晶格常数降低。同时,随着搭接激光功率增大,搭接区内的晶粒尺寸由14.57μm增大至17.23μm,大角度晶界占比由36.66%上升至55.91%。搭接区内残余应力随着搭接激光功率的增大而先降低后升高,在激光功率相差30 W时降至最低值43.8 MPa。搭接区硬度随着搭接激光功率的增大而降低,由297.3 HV3降低至291.1 HV3。4组激光功率组合下制备的试样的极限抗拉强度在792.9~830.9 MPa范围内,当激光功率相差10 W时强度达到最高值,延伸率为23.7%。增大搭接激光功率会降低ML-PBF的熔凝稳定性并增大温度梯度,进而对搭接区内的微观组织、残余应力以及零件的力学性能产生影响。

多激光粉床熔融成形GH3536合金搭接区域组织与性能特征研究

利用多激光粉床熔融(ML-PBF)设备成形了GH3536高温合金,系统研究了单激光区、双激光区以及四激光区成形试样的缺陷、显微组织和拉伸性能的变化规律。结果表明:随着激光束的增多,试样表面质量得到改善,但致密度由99.82%(单激光区)降低到92.35%(双激光区)和98.97%(四激光区)。同时,多激光搭接区的重熔导致部分晶粒再结晶,沿(001)的择优生长取向更加显著,织构指数也由单激光成形试样的3.040分别提升到了3.403和3.465。但是,单激光区、双激光区和四激光区的大角度晶界比例逐渐降低,由65.9%分别降低到50.1%和46.3%。此外,搭接区的残余应力呈现降低趋势,单激光区、双激光区和四激光区分别为192.3 MPa,106.5 MPa和44.1 MPa。三者的室温拉伸强度相差较小,均达到了800 MPa以上,断裂延伸率由30.3%(单激光区)降低到25.9%(双激光区)和25.4%(四激光区),这主要是搭接区内的孔洞和裂纹缺陷造成的。研究结果有望为多激光粉床熔融制备大尺寸镍基高温合金零部件提供有效的参考。