激光与光电子学进展, 2018, 55 (1): 011403, 网络出版: 2018-09-10   

钛及钛合金激光选区熔化技术的研究进展 下载: 2438次

Research Progress on Technology of Selective Laser Melting of Titanium and Titanium Alloys
作者单位
西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
图 & 表

图 1. SLM技术原理示意图

Fig. 1. Schematic of SLM technology

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图 2. 不同扫描速度下的SLM成形钛构件横截面。 (a) 100 mm·s-1;(b) 200 mm·s-1;(c) 300 mm·s-1;(d) 400 mm·s-128

Fig. 2. Cross-sectional images of Ti components formed by SLM under different scanning speeds. (a) 100 mm·s-1; (b) 200 mm·s-1; (c) 300 mm·s-1; (d) 400 mm·s-128<

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图 3. 不同衍射角下的 SLM钛构件的XRD谱。(a) 2θ=38.45°;(b) 2θ=40.18°[28]

Fig. 3. XRD spectra of Ti components formed by SLM under different diffraction angles. (a) 2θ=38.45°; (b) 2θ=40.18°[28]

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图 4. 不同扫描速度下的SLM成形钛构件显微结构。(a) 100 mm·s-1;(b) 200 mm·s-1;(c) 300 mm·s-1;(d) 400 mm·s-128

Fig. 4. Microstructures of Ti components formed by SLM under different scanning speeds. (a) 100 mm·s-1; (b) 200 mm·s-1; (c) 300 mm·s-1; (d) 400 mm·s-128<

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图 5. (a)(b)无SMF和(c)(d)有SMF下的CP-Ti的SLM样品显微结构

Fig. 5. Microstructures of CP-Ti samples formed by SLM (a)(b) without and (c)(d) with SMF

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图 6. 不同条件下的断口截面的(a)(b)光学显微图、(c)(d)扫描电镜图、(e)(f)取向图和(g)(h)反极图[31]

Fig. 6. (a)(b) Optical microscopy images, (c)(d)scanning electron microscopy images, (e)(f) orientation maps and (g)(h) inverse pole figures of fracture section under different conditions[31]

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图 7. Ti6Al4V粉末形貌。(a) 500×;(b) 3000×

Fig. 7. Morphologies of Ti6Al4V powder. (a) 500×; (b) 3000×

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图 8. 不同激光扫描速度下的熔化凝固过程[43]。(a) 5 mm·s-1;(b)10 mm·s-1; (c) 25 mm·s-1;(d) 50 mm·s-1;(e) 100 mm·s-1

Fig. 8. Melting and solidification processes under different laser scanning speeds[43]. (a) 5 mm·s-1; (b) 10 mm·s-1; (c) 25 mm·s-1; (d) 50 mm·s-1; (e) 100 mm·s-1

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图 9. 扫描策略对显微结构的影响[53]。(a)(b)(c)(d)单向扫描;(e)(f)(g)(h)交叉扫描

Fig. 9. Influence of scanning strategy on microstructures[53]. (a)(b)(c)(d) Unidirectional scanning; (e)(f)(g)(h) cross scanning

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图 10. 激光能量输入为(a) 0.5E0、(b) E0、(c) 2E0时,Ti6Al4V的SLM成形样件显微结构[54]

Fig. 10. Microstructures of Ti6Al4V specimens formed by SLM with laser energy input of (a) 0.5E0, (b) E0 and (c) 2E054

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图 11. (a)支撑结构示意图;(b) As/Ap=0.25时的支撑结构图[63]

Fig. 11. (a) Schematic of support structure; (b) schematic of support structure with As/Ap=0.25[63]

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图 12. Ti6Al4V 的SLM成形构件的显微结构[63]。(a) As/Ap=0.125;(b) As/Ap=0.25;(c) As/Ap=0.4;(d) As/Ap=1

Fig. 12. Microstructures of Ti6Al4V components formed by SLM [63]. (a) As/Ap=0.125; (b) As/Ap=0.25; (c) As/Ap=0.4; (d) As/Ap=1

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图 13. SLM制备的结构件。(a) CP-Ti;(b) TiTa

Fig. 13. Structural components fabricated by SLM. (a) CP-Ti; (b) TiTa

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图 14. (a) 表面处理后的个性化骨板;(b) 骨板和骨盆模型的匹配

Fig. 14. (a) Individual bone plate after surface treatment; (b) matching between bone plate and pelvic model

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图 15. 梯度融合器的(a)成形件和(b)模型

Fig. 15. (a) Formed part and (b) model of gradient fusion cage section

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图 16. SLM成形制备的Ti6Al4V吸声器。(a)样品A;(b)样品B

Fig. 16. Ti6Al4V sound absorbers fabricated by SLM. (a) Sample A; (b) sample B

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图 17. 基板上的样件

Fig. 17. Samples on substrate

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图 18. SLM成形的钛合金零件

Fig. 18. Titanium alloy parts fabricated by SLM

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表 1不同SLM成形设备所得的CP-Ti的力学性能

Table1. Mechanical properties of CP-Ti fabricated by different SLM equipments

SLM equipmentσUTS /MPaσ0.2 /MPaε /%Hardness /HVReference
MTTSLM 250 HL757±12.5555±319.5±1.8261[29]
MCPSLM 250766-28-[31]
SMF-MCPSLM 250794-35-
SLM prototype65050017-[32]

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表 2不同加工条件下Ti6Al4V的SLM成形构件的力学性能

Table2. Mechanical properties of Ti6Al4V components formed by SLM under different process conditions

Conditionσ0.2 /MPaσUTS /MPaεfracture /%Ref
540 ℃ for 2 h, water cooling1118±391223±525.36±2.02[65]
850 ℃ for 2 h, furnace cooling955±61004±612.84±1.36[65]
850 ℃ for 5 h, furnace cooling909±24965±20Pre-fracture[65]
1015 ℃ for 0.5 h, air cooling followed by843 ℃ for 2 h, furnace cooling801±20874±2313.45±1.18[65]
1020 ℃ for 2 h, air cooling760±19840±2714.06±2.53[65]
705 ℃ for 3 h, air cooling1026±351082±349.04±2.03[65]
940 ℃ for 1 h and 650 ℃ for 2 h, air cooling899±27948±2713.59±0.32[65]
1015 ℃ for 0.5 h and 730 ℃ for 2 h, air cooling822±25902±1912.74±0.56[65]
SLM built(no post treatment)1110±91267±57.28±1.12[65]
SLM built (no post treatment)-13513.14[66]
600 ℃ for 2 h, furnace cooling-12873.2[66]
750 ℃ for 2 h, furnace cooling-11853.4[66]
925 ℃ for 2 h, furnace cooling-98812.2[66]
1050 ℃ for 2 h, furnace cooling-9809.2[66]
700 ℃ for 1 h, cooling at 10 K·s-11051111511.3[67]
900 ℃ for 2 h, and 700 ℃ for 1 h, cooling at 10 K·s-19089889.5[67]
Hot isostatic pressing (900 ℃, 100 MPa) for 2 hand 700 ℃ for 1 h cooling at 10 K·s-188597319.0[67]
SLM built (no post treatment)736105111.9[67]
SLM built (no post treatment)990±51095±108.1±03[61]
Hot worked and annealed790±20870±1018.1±0.8[61]
SLM built (no post treatment)1250-12801390-14305.5-7.0[68]
(705±20) ℃ for 1.5 h, air cooling1080-11001110-113011.0-13.0[68]
650 ℃ for 4 h, furnace cooling1145±171187±107±2.7[69]
890 ℃ for 2 h, furnace cooling973±8996±103±0.4[69]
SLM built (no post treatment)1125±2212.16±86±0.4[69]
SLM built (no post treatment)1015109010[70]
Hot isostatic pressing85096014[70]
730 ℃ for 2 h, furnace cooling974±71065±217.0±0.5[71]
SLM built (no post treatment)1075±251199±497.6±0.5[71]

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李俊峰, 魏正英, 卢秉恒. 钛及钛合金激光选区熔化技术的研究进展[J]. 激光与光电子学进展, 2018, 55(1): 011403. Li Junfeng, Wei Zhengying, Lu Bingheng. Research Progress on Technology of Selective Laser Melting of Titanium and Titanium Alloys[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2018, 55(1): 011403.

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