1 西安科技大学机械学院, 陕西 西安 710054
2 西安陕鼓动力股份有限公司, 陕西 西安 710075
3 西安交通大学城市学院, 陕西 西安 710018
对激光选区熔化(SLM)制备的316L奥氏体不锈钢试样进行热处理, 选用MFT-R4000摩蚀磨损试验机、显微硬度测量分析系统和光学显微镜(OM)观察316L不锈钢耐磨性、硬度与磨痕宽度。结果表明:Z向随着退火温度升高, 试样硬度均呈下降趋势, SLM试样与880 ℃热处理后试样硬度相差较小, Y向硬度影响较小。载荷增大, 磨痕宽度随之增加, 在摩擦过程中存在氧化磨损、黏着磨损及磨粒磨损, 磨痕表面存在裂纹, 退火后裂纹减少且在880 ℃时磨痕表面较平滑, 质量较优。在一定范围内, 载荷对摩擦因数有一定的影响, 载荷增大, 磨损热升高, 氧化膜生成, 摩擦因数减小, 磨屑为塑性犁削; 载荷大于20 N时, 摩擦因数上升, 磨屑为脆性剥落。
激光选区熔化 316L不锈钢 热处理 耐磨性 硬度 selective laser melting 316L stainless steel heat treatment wear resistance hardness
1 西安科技大学机械工程学院，陕西 西安 710054
2 西安科技大学增材制造研究所，陕西 西安 710054
3 西安增材制造国家研究院有限公司，陕西 西安 710300
4 西安交通大学机械工程学院，陕西 西安 710049
5 中国船舶集团公司第七二五研究所，河南 洛阳 471023
选区激光熔化成形过程中金属粉末的快速熔化凝固会产生较大的热梯度，温度的动态变化对不同粉末成形零件的微观组织和力学性能产生影响。基于有限元分析软件，采用移动高斯热源（Gauss）加载对选区激光熔化成形过程进行三维瞬态温度场模拟，研究Hastelloy X和Ti6Al4V合金的不同属性与温度变化及凝固冷却规律。同时基于选区激光熔化工艺制备Hastelloy X和Ti6Al4V合金试样，对其微观组织和力学性能进行表征。结果表明：Hastelloy X和Ti6Al4V合金瞬态峰值温度分别达到2 777.37 ℃、3 340.88 ℃，平均冷却速率分别为3.93×106 K/s、5.11×106 K/s。在微观状态下，Hastelloy X合金晶粒呈现羽毛状层叠交叉排列，而Ti6Al4V合金内部分布着针状马氏体α′相交错形成网篮组织。相比Hastelloy X合金抗拉强度和屈服强度的728.08 MPa、338.91 MPa，在更高冷速下产生“细晶强化”作用的Ti6Al4V合金的抗拉强度和屈服强度达到了1 134.05 MPa、1 055.83 MPa，远高于Hastelloy X合金，但其伸长率却低于Hastelloy X合金，总体呈现高强度、低塑性的特点。
选区激光熔化 Hastelloy X合金 Ti6Al4V合金 温度场 微观组织 力学性能 selective laser melting Hastelloy X Ti6Al4V temperature field microstructure mechanical properties
1 西安科技大学机械工程学院，陕西 西安 710054
2 湖南理工学院机械工程学院，湖南 岳阳 414000
采用光学显微镜和电子背散射衍射技术（electron backscattered diffraction, EBSD），观察分析了激光选区熔化（selective laser melting, SLM）快速成形工艺在不同扫描角度下316L不锈钢的显微组织和晶体取向，研究了扫描角度与熔池生成、凝固的关系，以及与拉伸强度和延伸率的关系。结果表明，晶体的各向异性随激光扫描角度的变化而变化，扫描角度直接影响获得的熔池的稳定性和凝固过程中的温度梯度，同时也进一步影响最终晶体的均匀性，从而导致制件拉伸强度、延伸率发生变化。因此，可以通过改变扫描方向的角度来控制成形件的结构和力学性能。
激光选区熔化 316L合金 激光扫描角度 晶粒取向 微观结构 laser selective melting 316L alloy laser scanning angle grain orientation microstructure
1 西安科技大学机械学院, 陕西 西安 710054
2 西安科技大学增材制造技术研究所, 陕西 西安 710054
采用激光选区熔化工艺制备Ti6Al4V、GH3536和316L不锈钢三种不同材料的试样, 借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、万能拉伸试验机、维氏硬度仪等设备研究了其微观组织演变及力学性能。结果表明：Ti6Al4V内部分布大量针状马氏体α′相, 成形过程中分解为α+β相形成网篮组织；GH3536横截面呈现条形状, 纵截面为鱼鳞状；316L不锈钢内部分布着等轴柱状晶。316L不锈钢和GH3536的伸长率平均值分别为34.17%、36.75%, 相比Ti6Al4V分别增多了23.69%、26.27%；而Ti6Al4V的抗拉强度和屈服强度为1 122.83 MPa、853.17 MPa, 相比GH3536和316L不锈钢, 抗拉强度分别提升了51.63%、74.81%, 屈服强度分别提升了159.85%、54.37%。试样的强度均高于一般锻造的国家标准强度水平, 达到工业的使用要求, 综合性能优于传统制造工艺, 在激光选区熔化下具有较好的强塑性匹配。
增材制造 激光选区融化 微观组织 力学性能 各向异性 additive manufacturing laser selective melting microstructure mechanical properties anisotropy
1 西安科技大学, 陕西 西安 710054
2 河南工学院, 河南 新乡 453003
3 中航光电科技股份有限公司, 河南 洛阳 471023
采用激光选区熔化(SLM)制备了不同激光能量密度的316L不锈钢块状试样, 利用光学显微镜(OM)和硬度仪等观察和分析316L不锈钢的显微组织与硬度。结果表明: 扫描速度大于激光功率对单道熔池宽度的影响, 其中, 当激光功率固定时, 速度越大, 熔池宽度越小; 当扫描速度固定值时, 激光功率越高, 熔池宽度越大。随着体激光能量密度增加, 相邻的熔道及上下成型层能够较好搭接, 熔池形态均匀稳定, 空隙和微孔等缺陷逐渐消除, 同时熔池断续减少, 熔池宽度逐渐由小变大, 其具体值从40.19 μm增加到108.34 μm, 不同方向的维氏硬度逐渐增大, 其中体激光能量密度在110~120 J·mm-3时, xoy、xoz、yoz面显微硬度达到最优。此外, 激光选区熔化成型316L不锈钢的硬度存在明显的各向异性。
激光选区熔化 316L不锈钢 激光能量密度 微观组织 硬度 laser selective melting 316L stainless steel laser energy density microstructure hardness
1 西安科技大学机械工程学院, 陕西 西安 710054
2 苏州中瑞智创三维科技股份有限公司, 江苏 苏州 215223
在激光旋转角度为73°,粉层厚度为30 μm的条件下,采用选区激光熔化工艺快速成形316L不锈钢,研究了体激光能量密度及成形方向对成形件组织、性能各向异性的影响。结果表明:成形方向对力学性能的影响极大,力学性能的各向异性随组织的各向异性而变;随着体激光能量密度增加,熔池表面趋于平整,x和y向成形件的晶粒生长方向单一,z向成形件的晶粒生长取向明显;当体激光能量密度为65~85 J·mm -3时,晶体生长方向与堆积方向一致,抗拉强度和断后伸长率最佳。可以利用体激光能量密度控制成形件的组织及性能。
材料 选区激光熔化 各向异性 316L不锈钢 体激光能量密度 显微组织
1 西安科技大学 机械工程学院, 西安 710054
2 西安交通大学 机械制造系统工程国家重点实验室, 西安 710049
为了开发碳水化合物类的新快速成型材料, 对蔗糖的物化材料性质和影响选择性激光烧结的成型因素进行了分析。利用SLS-300成型机进行实验, 并制作出蔗糖模型。得到一些初步的工艺参量以及能量密度对成型质量(强度、颜色、表面粗糙度)的影响规律。结果表明, 蔗糖是可以作为选择性激光烧结材料的, 这为后续研制专用蔗糖3-D打印机提供了实验依据。
材料 快速成型 选择性激光烧结 蔗糖 materials rapid prototyping selective laser sintering sucrose
