1 南京理工大学紫金学院智能制造学院,江苏 南京 210046
2 南京先进激光技术研究院激光装备及工艺技术研发中心,江苏 南京 210038
3 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室,上海 201800
铝合金密度低、比强度高、耐腐蚀性能好,是一种优异的轻量化金属材料。为了提升激光选区熔化(SLM)技术成形铝合金的力学性能,提出将Cu元素作为单质颗粒掺入铝合金材料的强化方法,探究了Cu元素掺入比例对SLM成形铝合金打印质量和性能的影响。结果表明,Cu粉的掺入简单有效地细化了铝合金显微组织晶粒,提高了基础铝合金材料的拉伸强度。Al2Cu相能有效细化晶粒,在搭接区域形成更细密的微观等轴晶组织。随着铜粉掺入量的增大,组织内部生成的Al2Cu相逐渐增加,晶粒尺寸逐渐减小,从3.30 μm减小至2.12 μm,显微组织得到了细化。掺入质量分数5%铜粉的样件具有最高的拉伸强度为460 MPa,较未添加样件提高了20.4%,但是过量铜粉掺入后,样件内部因为存在未熔颗粒性能有一定程度的下降。该研究对于进一步提高SLM成形铝合金的力学性能具有重要意义。
激光技术 激光选区熔化 高强铝合金 显微组织 晶粒细化 拉伸性能 激光与光电子学进展
2023, 60(1): 0114012
南京航空航天大学机电学院, 江苏 南京 210016
针对TC4钛合金材料进行选区激光熔化单道扫描和多道搭接工艺实验。通过改变激光功率和扫描速度来探究工艺参数对TC4成形效果和表面形貌的影响机理。对实验中出现的断续、球化、鱼鳞纹和“爆粉”等现象进行分析和优化。结果表明, 激光功率和扫描速度对熔道宽度和高度有较大影响, 选择合适的工艺参数窗口才能得到连续干净的熔道。熔池的对流运动会导致鱼鳞纹状凝固痕迹, 且随着扫描速度增加, 鱼鳞纹由圆润变得尖细。能量密度对多道搭接成形表面球化颗粒有较大影响。能量密度过大会导致“爆粉”现象, 可以通过降低激光功率或提高扫描速度来预防。
选区激光熔化 钛合金 表面形貌 能量密度 鱼鳞纹 selective laser melting titanium alloy surface topography energy density fish-scale pattern
为了对岛式扫描策略在激光熔化沉积中的适用性进行验证, 采用正交连续扫描进行对比, 研究分析了岛式扫描对TC4成形件基底变形及性能的影响。结果表明, 相比于正交连续扫描, 随机跳转岛式扫描策略可大幅减小基底变形, 其较快的冷却速率还将细化析出的网篮α晶粒, 并抑制β晶粒的粗大生长, 但是区域交接处容易产生未熔合孔洞缺陷, 使得成形件抗拉强度与屈服强度有所提升, 但塑性有所削弱。
激光熔化沉积 岛式扫描 变形 微观组织 缺陷 力学性能 laser melting deposition island scanning pattern deformation microstructure defects mechanical properties