在激光选区熔化技术中,激光-粉末的相互作用会对粉末特性产生重大影响,而在粉末循环使用过程中粉末特性的变化规律和演变机理尚不明确。本文利用激光粒度仪、扫描电子显微镜、能量色散型光谱仪研究了激光选区熔化粉末的粒径、物理特性、表面形貌、元素含量、微观组织在循环使用过程中的变化规律。研究结果表明:随着316L不锈钢粉末循环使用次数的增加,粉末的粒径分布、形貌、表面成分、表面微观组织和氧化程度都发生了较大变化;粉末的堆积特性如松装密度、振实密度、流动性也发生了不同程度的变化;另外,循环使用的粉末颗粒表面生成了富含硅、锰元素的圆形氧化斑点。本文将循环粉末中的异形颗粒分为两类——激光诱导熔池溅射颗粒和气体夹带诱导异形颗粒,并详细讨论了两类异形颗粒的形成机理。本文研究结果表明316L奥氏体不锈钢在循环使用过程中会产生弱磁性粉末颗粒。

采用选区激光熔化(SLM)技术技术制备了成形良好的块状CoCrW合金,研究了热处理工艺对CoCrW合金相组成、组织及显微硬度的影响。通过JMATPro软件模拟计算了CoCrW合金的平衡相图;利用X射线衍射分析仪、扫描电子显微镜、显微硬度计对热处理前后合金的相组成、组织、显微硬度进行了测试。结果表明:SLM制备的原始试样主要由γ相以及少量ε相组成,热处理后大量的γ相转变为ε相,且有块状、条状析出相产生;在较低的热处理温度下,熔合线处析出相的尺寸较大,与其他部位的区别比较明显;随着热处理温度升高,晶粒长大,晶界处析出相(δ相)长大,且与熔合线处的差别减小;热处理后,CoCrW合金的显微硬度有所降低,其中1100 ℃水冷试样硬度的降幅最大。

采用选区激光熔化技术成形18Ni300马氏体时效钢, 并对成形件经固溶时效热处理研究。结果表明, 固液界面前沿的温度梯度与凝固速率的比值(G/Vs)决定了沉积态微熔池底部到顶部的胞-柱状枝晶的微观演变; 而在微结构区域存在的六角胞、伸长胞及条带组织的相互过渡是通过几何拓扑变换来实现。经热处理后, 沉积态胞状、柱状及亚微米组织结构消失, 出现细小板条状马氏体, 并在马氏体基中形成细小颗粒状沉淀相; 而热处理前后性能测试表明, 经固溶时效热处理后, 维氏显微硬度增加, 抗拉强度也显著增加, 延伸率降低, 断口形貌呈现典型的韧性断裂。

为了研究激光扫描方式对激光选区熔化成形件组织和性能的影响, 采用S形正交和旋转分区两种扫描方式制备了316L不锈钢成形件。测试了成形件的致密度及表面粗糙度, 并对其组织形貌及室温拉伸力学性能进行了对比分析。结果表明, 在其他工艺参数相同的条件下, 用旋转分区扫描方式能够减小成形件的表面粗糙度, 并提高其致密度。旋转分区扫描层内靠近熔合线主要是柱状晶, 熔道中心主要为胞状晶, 晶粒尺寸在 0.4～0.9 μm 之间, 组织比较致密; S形正交扫描的柱状晶区域不明显, 且存在球化的粉末和孔洞, 熔道中心的胞状晶较粗大。旋转分区扫描成形件的室温拉伸强度略高于S形正交扫描成形件, 主要是由于S形正交的成形件存在粉末未熔合及孔洞等缺陷所致。

利用光纤激光对45号钢进行了激光熔凝强化处理, 研究了激光功率对单道和多道激光熔凝层深度的影响, 并分析了熔凝层组织、显微硬度和耐磨性能。结果表明, 单道激光熔凝硬化层组织主要为马氏体, 硬度可达HV 750, 深度达到1.0 mm以上。多道激光熔凝硬化层平均硬度约HV 450, 硬化层显微硬度呈周期性变化, 后道激光处理对前道硬化层存在回火软化作用。激光强化处理后的试样相比于未处理试样, 抗磨损性能提高了约50%。