选区激光熔化成形NiTi合金工艺参数对表面粗糙度的影响规律

目的针对选区激光熔化(SLM)制备NiTi形状记忆合金表面粗糙度难以满足实际应用要求,通过优化工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距)以有效地降低表面粗糙度以及研究各工艺参数对表面粗糙度的影响规律。方法采用L16正交阵列的田口模型设计选区激光熔化制备NiTi样品的工艺参数,通过对表面粗糙度信噪比值进行统计方法分析以及样品表面形貌的表征,研究不同工艺参数对表面粗糙度的影响程度以及影响机理,最终优化出制备低表面粗糙度的工艺参数组合。结果在激光功率为20 W和30 W时,NiTi粉末不能够充分熔化造成熔道不连续,使得样品表面起伏增大,粗糙度值最大到7.8μm;增大激光功率到40W和50W时,粉末充分熔化,样品表面形貌明显改善;在相同功率下,扫描速度从200mm/s增加到500mm/s时,样品的粗糙度值也随之增大。结论工艺参数对表面粗糙度影响的重要性顺序依次为激光功率、扫描速度、扫描间距;最终优化出的工艺参数组合为激光功率50W、扫描速度200mm/s、扫描间距0.07mm,并在该工艺参数下制备的样品表面粗糙度值为1.38μm,与模型预测的值1.43μm接近,相差仅为9.97%。

激光选区熔化成形工艺对TA15钛合金内部缺陷与力学性能的影响

利用激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)成形技术制备TA15钛合金,通过光学显微镜(Optical microscope,OM)、扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)和室温拉伸等研究了激光功率和扫描速度对SLM成形TA15钛合金内部缺陷与力学性能的影响规律。结果表明:在低激光功率(100~125 W)、高扫描速率(1200~1600 mm/s)区域,激光能量密度较低,合金内部缺陷主要为不规则形状的缺陷;在高激光功率(150~200 W)、低扫描速度(800~1000 mm/s)区域,激光能量密度过高,合金内部缺陷主要为规则球形缺陷。规则球形缺陷的存在会导致合金塑性显著降低、对强度影响较弱;而不规则未熔合缺陷的存在会显著降低合金强度和伸长率。TA15钛合金的最佳工艺参数:激光功率为200 W、激光扫描速度为1600 mm/s时,成形合金拉伸强度为(1291±4.2)MPa,断裂伸长率为(8.5±0.5)%。

不同热处理工艺对选区激光熔化TC4动载性能及各向异性的影响

选区激光熔化成形的TC4合金断裂韧性较差,低周疲劳性能较低,各向异性明显。采用循环退火(700~950℃)和固溶时效相结合的方法对TC4成形件进行热处理,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、低周疲劳试验机等手段研究热处理对SLM TC4成形件显微组织和力学性能的影响。研究表明,SLM TC4微观组织由马氏体α′和马氏体α″组成,断裂韧性值为36.4 MPa·m0.5,断裂韧性各向异性达25.7%;热处理后部分板条α相分解,产生等轴α相和二次α相;经过700~950℃循环5次后固溶+550℃时效后SLM TC4的断裂韧性值为96.0 MPa·m0.5,断裂韧性的各向异性为1.4%。通过比较热处理样件和锻件低周疲劳性能得出结论,当应变幅≥0.9%时,热处理件低周疲劳性能高于锻件;当应变幅≤1%时,920℃循环退火+550℃固溶时效的低周疲劳性能高于920℃循环退火。

工艺参数对选区激光熔化CuCrZr合金单道次熔道特性的影响

选区激光熔化(selective laser melting, SLM)制备合金过程中,材料经历了快速熔化和凝固,工艺参数选择不当可能导致熔道出现缺陷。本文通过微观尺度下的数值模拟和实验证实,旨在研究不同工艺参数下单层单道次SLM过程中CuCrZr合金的熔道特征。模拟与实验结果表明,在单道次打印过程中,激光功率和扫描速率的变化会对熔池形貌产生影响。当激光功率从250 W增加到450 W时,熔道宽度逐渐增加至124μm,并且熔道表面出现波纹形貌。而当扫描速率从0.4 m/s增加到0.8 m/s时,熔道宽度逐渐减小,波纹形貌消失。当激光功率为250 W,扫描速率为0.8 m/s时,激光能量输入不足,导致熔道出现球化现象。然而,随着激光功率的增加,球化现象消失,金属粉末颗粒在熔道边缘局部熔化,导致单道不平直现象的出现。

选区激光熔化316L不锈钢随形冷却通道电解抛光工艺优化

[目的]改善选区激光熔化(SLM)制备的316L不锈钢随形冷却通道内壁的表面品质。[方法]采用由NaCl、乙二醇及三乙醇胺组成的绿色环保电解液,通过阴阳极互换的方式对316L不锈钢随形冷却通道内壁进行电解抛光,通过正交试验及单因素实验探究阳极电流密度、温度、阴阳极置换次数及每次的电解时间对样件表面粗糙度及微观形貌的影响。[结果]电解抛光的较优工艺条件为:阳极电流密度0.55 A/cm^(2),温度40℃,阴阳极置换3次,单次电解10 min,总电解抛光时长60 min。在该条件下电解抛光后,冷却通道内壁光亮平整,表面粗糙度Sa为0.436μm。[结论]电解抛光能够显著提高以SLM工艺制备的随形冷却通道的表面品质。本文的研究结果可为模具工业注塑模型制造提供技术参考。

选区激光熔化430不锈钢成形工艺优化

研究了选区激光熔化(SLM)430不锈钢线-面-体的成形质量与工艺参数之间的关系。设计了单熔道、多道搭接以及块体成形试验,分析了SLM过程中缺陷形成的原因,以致密度为评价指标,确定SLM430不锈钢的最佳成形参数。结果表明:高功率低扫描速度有利于获得连续均匀的单熔道形貌,当激光功率为200 W、扫描速度为800 mm/s时,熔道宽度分布均匀。多道搭接的结果显示表面粗糙度随扫描间距的增加先降低后升高,扫描间距为0.08 mm时粗糙度最小,为3.88μm,表面成形质量最佳。通过正交试验分析,发现3种因素对块体成形件相对致密度影响的显著性排序为:扫描速度>激光功率>扫描间距;相对致密度随扫描速度的增大而减小;随着激光功率和扫描间距的增加,相对致密度呈现先升高后降低的趋势;最终确定SLM 430不锈钢的最佳成形工艺参数组合为激光功率200 W、扫描速度600 mm/s、扫描间距0.08 mm,该参数下成形件相对致密度达99.56%。

激光选区熔化技术制备NiTi合金的研究进展与应用

NiTi合金作为一种典型的形状记忆合金,除了具有独特的形状记忆效应,还拥有优异的超弹性、生物相容性和力学性能,广泛应用于医学、机械、微电子等领域。然而,由于该合金延展性过高、加工硬化、低热导等问题,传统的切削方法加工工艺复杂、成本高,限制了其工程化应用。增材制造技术(Additive manufacturing, AM)又称3D打印技术,以其独特的一体化成形的技术优势,有效地改善了传统加工方法存在的问题。对此,国内外学者对激光选区熔化(SLM) 3D打印镍钛合金成形工艺进行了大量研究,并取得了丰硕成果。综述了近年来选区激光熔化镍钛的研究进展,简述了选区激光熔化和热处理工艺与镍钛合金的相变温度、组织结构、力学性能等映射关系,着重分析了SLM工艺参数对镍钛合金超弹性的影响规律,揭示了其影响机制,介绍了激光选区熔化镍钛合金的在医学领域的应用,并对未来NiTi合金的增材制造技术的发展提出了展望。

基于激光熔化技术加工工艺参数优化研究

为进一步提升选区激光熔化技术加工材料的质量,提出一种基于PSO-BP神经网络的工艺参数优化模型,通过提升致密度进一步提升材料质量。其中,使用粒子群优化算法PSO对BP神经网络进行参数优化,进一步提升参数优化预测精度。实验结果表明,与基于传统的BP神经网络优化预测模型相比,基于PSO-BP神经网络的工艺参数优化模型具有更高的预测精度,优化后的预测致密度值更加接近于真实值,且优化预测过程的稳定性更好,更加适用于选区激光熔化技术的工艺参数优化,实现效果更佳的质量提升。

选区激光熔化的微流道换热器芯体传热板成型工艺

为解决传统工艺存在的截面形状受限、污染环境等问题,研究采用选区激光熔化技术制备高通量微流道换热器芯体传热板.分析传热板的几何形状、316L不锈钢粉末的材料特性及主要成型工艺参数,采用Altair Inspire软件的Print3D模块对成型过程进行仿真模拟,研究温度场、Mises应力和塑性应变的分布及变化规律.结果表明:熔化成型区温度随着激光的射入和远离发生剧烈变化;由于激光能量在制件内的累积效应,使得后成型区域的温度明显大于先成型区域.Mises应力和塑性应变与换热板的结构和温度场有密切关系,流道位置结构复杂,Mises应力和塑性应变较大;温度越高的区域金属粉末熔化越充分,Mises应力和塑性应变的值越小.

GH4169合金激光选区熔化成形工艺与缺陷特征的相关性

通过改变激光选区熔化成形工艺,即激光功率和扫描速度,制备多个GH4169试样。采用金相法观察显微组织及其内部缺陷的形貌与分布,采用X射线断层成像获得试样孔隙率,并统计分析缺陷三维特征,研究成形工艺与缺陷特征的相关性。结果表明:当能量输入密度为59.1 J/mm^(3)的优化工艺时成形试样中互相搭接的熔道形貌齐整、随机分布的规则气孔尺寸小于30μm、致密度高达99.9998%。在较窄的工艺窗口下(220~300 W、700~1300 mm/s),试样致密度对扫描速度更为敏感,高扫描速度易形成分布在熔道搭接区内极不规则的未熔合。偏离优化工艺时,缺陷数量增多,部分缺陷尺寸大于30μm,其中高激光功率形成的气孔形状或高扫描速度形成的未熔合形状都与各自的尺寸密切相关,即尺寸越大,形状越不规则,产生的不利影响要远大于规则气孔。

激光选区熔化制备纯钽异形零件的工艺及力学性能

用激光选区熔化技术(SLM)制备纯钽试样,对在不同工艺参数下制备的钽试样表面质量、致密度进行分析。确定最优参数,并对最优参数试样的显微组织与力学性能进行分析。结果表明:激光功率为310 W,扫描速度为440 mm/s,铺粉层厚为0.04 mm,扫描间距为0.06 mm时制备的试样致密度为99.76%;金相为单相组织、等轴晶粒,平均抗拉强度为672 MPa、屈服强度为623 MPa、伸长率为23.2%;在此工艺参数下制备的异形零件,在退火温度为950~1450℃,保温时间为120 min时制备的零件质量良好,成品无裂痕、无缺陷,为最优参数组合。

Al-Mn-Sc合金的选区激光熔化工艺优化及室温与高温力学性能研究

通过探究能量密度对Al-4.5Mn-1.5Mg-0.6Sc-0.2Zr(wt.%)合金致密度的影响,优化其成形工艺,并进一步分析该合金在时效过程中组织变化及其室温与高温力学性能。结果表明:随着能量密度增大,合金致密度先增后减。当能量密度为77.6 J/mm^(3)时,即激光功率275 W、扫描速率985 mm/s、扫描间距0.12 mm、层厚0.03 mm,可获得致密的、缺陷少的合金材料。沉积态合金显微组织由等轴晶和柱状晶组成,周围分布着细小富Mn相;300℃/5 h时效后,晶内析出大量纳米Al_(3)(Sc,Zr)相。同时,时效后合金表现出优异的室温与高温力学性能,其室温屈服强度、抗拉强度和伸长率分别是500 MPa、536 MPa和12.3%,高温(250℃)屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为224 MPa、299 MPa和11.5%。

激光选区熔化成形金刚石复合材料特征几何结构的工艺约束研究

多孔金刚石磨具是一种能在磨削加工过程中提供容屑和冷却液流通空间的新型工具,激光选区熔化(selective laser melting,SLM)成形技术是制造多孔金刚石磨具的有效手段。受激光增材制造的光斑尺寸约束、逐层成形等技术特征的影响,所设计的多孔金刚石磨具难以精准成形,因此有必要对金刚石复合材料特征几何结构的可成形性进行研究。基于SLM125HL设备,以CuSn20/金刚石复合材料为研究对象,采用SLM成形技术成形了不同成形方向、不同尺寸的悬垂结构、薄壁、圆孔和尖角等特征几何结构,并对其可成形性、成形误差及产生原因进行分析。结果表明:金刚石复合材料悬垂结构的最佳可成形尺寸为1.00~2.00 mm,薄壁结构的最小可成形尺寸为0.70 mm;垂直于成形方向的圆孔结构的最小可成形直径尺寸为0.50 mm,平行于成形方向的圆孔结构的最佳成形直径尺寸为1.00~4.00 mm;尖角结构的可成形角度需>10°。这些特征几何结构的成形误差主要受激光对复合粉末的热吸附、激光光斑热影响区扩散以及复合粉末的弱支撑等作用影响。

激光选区熔化成形复杂构件多通道抛光技术研究

针对航空航天领域激光选区熔化技术成形的多通道复杂构件内流道表面缺陷问题,开展内流道抛光技术研究。先对成形缺陷和磨粒流抛光原理进行介绍,然后通过对典型多通道构件特征分析和磨粒流抛光仿真分析,合理安排流道抛光顺序,优化磨粒抛光参数,实现直径5~13.5mm的内流道抛光;最后通过对抛光后的内流道进行剖切确认,流道内壁表面光滑无挂粉,表面粗糙度优于Ra3.2μm,为激光选区熔化成形技术在航空航天领域制造的内流道构件研制方面提供了高质量抛光技术方案。

选区激光熔化AlSi10Mg拱形点阵成形工艺优化

基于响应面法建立选区激光熔化成形工艺参数与拱形点阵成形质量的数学模型,分析工艺参数对拱形点阵成形质量的影响规律,通过工艺优化获得内部致密、外部成形优异的工艺参数组合。结果表明,扫描间距与激光功率分别是影响点阵孔隙误差和致密度最显著因素,成形工艺优化组合如下:激光功率292 W、扫描速度1 095 mm/s、扫描间距0.10 mm。优化后拱形点阵孔隙误差和致密度分别为0.65%和99.20%,相较预测值,误差控制在5%内,表明所建立模型预测精度高,可有效实现对拱形点阵成形质量的预测与控制。

钨基屏蔽体激光选区熔化工艺性能研究

为获得高密度、无裂纹、无孔隙等缺陷的钨基合金屏蔽体,选用激光选区熔化(Seleetive laser melting,SLM)技术对等离子球化钨基粉末进行钨基屏蔽体试样制备,通过调整激光扫描速度对工艺进行优化。结果表明,在最佳工艺参数下(激光功率400 W,扫描速度500 mm/s),SLM技术制备的钨合金的平均密度为17.89 g/cm^(3),平均显微维氏硬度为354 HV,制备的钨基屏蔽体内Ni粘结相紧密包裹呈弥散分布的钨颗粒,使得合金具有较大的密度。

GH3230合金选区激光熔化成形工艺对激光焊开裂的影响研究

采用选区激光熔化技术(SelectiveLaserMelting,SLM)制备了GH3230镍基高温合金,研究了工艺参数对GH3230镍基高温合金激光焊接开裂的影响。实验表明,随着扫描间距从0.05mm增加至0.09mm的过程中,母材析出的碳化物平均尺寸在增大,母材晶粒尺寸明显减小,晶界角向右偏移,得到的晶界角分布变得更为均匀。在激光焊接后,由于遗传效应的影响,焊缝处的晶粒随着扫描间距的增大也同母材晶粒一起减小,晶界角分布变得更加均匀,提高整体抵抗裂纹能力,焊缝中裂纹总长和最大长度都逐渐降低,裂纹数量逐渐减少。最终得出在扫描间距为0.09mm时,成形的合金试样在多种焊接工艺条件下抵抗开裂的能力最佳。

基于选区激光熔化技术的空心变截面梁点阵建模与性能研究

针对点阵结构受力不均、材料分布不合理和功能性单一等问题,设计了一种空心变截面梁点阵。该点阵主要由空心变截面梁和无冠空心球体组成,优化了节点连接方式,改善了材料分布,相比于传统体心立方点阵更具优势。完成了空心变截面梁点阵结构几何分析,基于点阵的几何数据模型和铁木辛柯梁理论推导了点阵结构参数与相对密度和力学性能之间的函数关系。设计了单胞边长10 mm空心变截面梁点阵,在同一相对密度、不同曲率半径的变截面梁点阵进行了准静态压缩仿真模拟,采用选区激光熔化技术制备了变截面梁点阵,进行了形貌分析和准静态压缩试验。结果表明:压缩仿真结果与实验结果趋势吻合,空心变截面梁点阵相比于传统体心立方点阵性能更优,外轮廓曲率半径为4 mm时力学性能最优,相比于普通点阵承载能力提高43%;变截面梁外轮廓及内孔光洁度较高,扫描提取模型与原模型相比偏差在0.25 mm以内。

工艺参数对选区激光熔化成形AlSi10Mg合金缺陷的控制与分析

研究了选区激光熔化(SLM)AlSi10Mg合金工艺参数对组织性能的影响,在不同工艺参数下成形了AlSi10Mg合金试样。结果表明,激光功率350 W是最佳热输入,可以将成形过程中的热毛细对流及表面张力控制在对合金质量最有利的状态。扫描间距为0.09 mm是熔池搭接率最佳的参数,既可以使足够的液相进入重叠区,又可以将重叠区的多次热影响所造成的缺陷降至最低。在激光功率350 W、扫描间距0.09 mm下成形试样的致密度最高(为99.2%),缺陷最少。试样的综合力学性能最好,抗拉强度为495.02 MPa,延伸率为9.675%,显微硬度为135.67 HV。

热处理对选区激光熔化Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金力学性能和腐蚀行为的影响

以Al-4.77Mn-1.37Mg-0.67Sc-0.25Zr(质量分数,%)合金粉末为原料,在激光功率330 W和扫描速率700 mm/s下进行选区激光熔化(Selective laser melting,SLM)形成SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金,结合慢应变速率拉伸实验、电化学测试、析氢浸泡实验及显微组织表征手段,分析了(350℃,8 h)热处理对SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金力学性能和腐蚀行为的影响。结果表明:SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金力学性能优异,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为423 MPa、376 MPa和25.1%。热处理后,SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金晶内析出大量针棒状纳米Al_(6)Mn相,抗拉强度和屈服强度分别提升至509 MPa和478 MPa。此外,SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金具有良好的耐蚀性能,热处理可以促进SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的钝化,在-0.5 V极化电位时出现钝化台阶,降低SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的电流密度,增加SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的阳极极化率,使SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的平均析氢速率从0.242 mL/(cm^(2)·h)降至0.216 mL/(cm^(2)·h),应力腐蚀敏感因子从3.379%降至0.405%。与此同时,热处理也促进了晶内微米富Si相以及晶界富Mn相和Mg相的析出,增加了SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金点蚀形核位置,增大了SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的晶界电化学成分非均匀性,降低了SLM Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的点蚀和晶间腐蚀抗力。