研究了选区激光熔化（SLM)成形TC4钛合金室温拉伸及高温拉伸力学性能和微观组织,以及高温拉伸断口形貌和气孔形成原因。结果表明：SLM成形TC4钛合金沉积态试样性能呈现强度高而塑性低的特点；经过800 ℃、4 h真空退火处理后,室温拉伸力学性能达到同牌号锻件水平。在400 ℃、500 ℃和600 ℃高温拉伸条件下,沉积态试样高温抗拉强度Rm相较于退火态试样平均高出24.7%、27.9%及8.3%,而沉积态试样断后伸长率A相对较低；但在600 ℃条件下沉积态试样平均断后伸长率达到了45.5%,比退火态试样高出近一倍。退火态试样高温拉伸断口附近存在大量密集分布的气孔,气孔首先沿晶界形成,随后在拉伸变形过程中,由于试样发生颈缩变形,气孔随变形向断口部位形成聚集现象。

研究了退火温度和保温时间对激光选区熔化(SLM)成形TC11钛合金组织性能及断裂机制的影响。结果表明:SLM成形TC11钛合金沉积态的组织为针状马氏体,显微硬度为402 HV0.5,抗拉强度和断后伸长率分别为1557 MPa和2.5%,表现出高强度、低塑性的特点。经850 ℃/4 h和950 ℃/4 h退火后,组织分别为细密的α+β混合组织和α+β网篮组织,硬度和强度降低,断后伸长率升高;且断裂模式由沿晶断裂转变为韧性断裂,这与断后伸长率的变化规律一致。经950 ℃退火后,随退火时间缩短,α片层越细密,且晶界α相由连续分布转变为非连续分布,导致抗拉强度和断后伸长率同时增加。经950 ℃/1 h退火后,可获得强度和塑性匹配较佳的TC11钛合金,其抗拉强度和断后伸长率分别为1051 MPa和19.8%。

17-4PH不锈钢应用十分广泛。采用激光选区熔化成形(Selective Laser Melting, SLM)技术可以无需磨具直接制备形状十分复杂的高性能金属零件。系统地研究了工艺参数对SLM成形17-4PH不锈钢的相对密度、尺寸精度和表面粗糙度的影响。结果表明: 扫描速度对以上参数的影响很大。随着扫描速度的增加, 相对密度先增加后减少, 尺寸偏差减少。随激光功率增加和层厚减小, 其相对密度和尺寸偏差均增大, 扫描间距的影响不明显。当扫描间距较小时, 随扫描速度增加, 表面粗糙度先增加后减小; 当扫描间距较大时, 随扫描速度增加, 表面粗糙度先减小后趋于稳定。优化的工艺参数下, Ra可以小于10 mm。

离焦量和激光能量的空间分布对激光加工质量有着重要的影响,通过调节扩束镜镜间距来满足不同加工材料对离焦量的不同需求是激光加工中常用的方法。通过使用ZEMAX软件分别在序列模式和非序列模式下对激光加工的光路系统进行建模,其中扩束镜是由双透镜组成的伽利略透射式系统,在仿真环境下测量了扩束镜不同镜间距和倾斜度对应的焦点位置和工作面光斑能量分布情况。结果表明:离焦量与镜间距变化量呈线性关系,离焦量随镜间距变化量的减小而减小;负离焦量随倾斜度的增大而增大。工作面上光斑的峰值功率随着扩束镜镜间距和倾斜度的增大而减小,镜间距改变带来的影响远大于倾斜度的影响。工作面上光斑位置的偏移量与倾斜角呈线性关系。光斑模式始终为基模高斯分布。实验测量了扩束镜不同镜间距下的离焦量和工作面光斑能量分布情况,实验结果与仿真结果较好得吻合。

激光选区熔化(SLM)成形中, 常产生边缘位置高于内表面即边缘堆高现象, 边缘堆高将会对SLM成形过程产生不良影响。理论分析了SLM成形中边缘堆高的产生机制, 提出了轮廓-实体和边缘重熔两种控制方法。进一步研究了这两种控制方法下工艺参数, 如边缘宽度、边框厚度、扫描速度和激光功率, 对堆高高度的影响。结果表明: 两种方法均能有效地消除边缘堆高。对于轮廓-实体控制方法, 堆高高度随扫描速度的增大而减小, 随激光功率的升高而增大, 轮廓间距对边缘堆高无影响; 对于边缘重熔控制方法, 堆高高度随扫描速度的增大而减小, 随激光功率的升高而增大, 随边框厚度的增大而增大。