随着先进民机对低成本、高经济性的追求,整体性和复杂性的民机结构件越来越多,其制造难度也逐步在挑战传统航空制造工艺。激光增材制造技术是通过激光能量将金属粉末熔化沉积来形成零件结构的一种先进数字化制造工艺,其解决了民机复杂结构的制造,促进了复杂轻量化结构的设计。通过分析激光增材制造技术在民机复杂结构上的应用及验证研究,对降低民机生产成本,提高复杂零件加工效率,增强民机制造能力具有重要意义。

基于选区激光熔化(SLM)工艺对AlSi7Mg铝合金构件进行激光增材制造实验, 研究了激光能量密度对SLM成形AlSi7Mg构件致密化行为、显微组织, Si析出形态及力学性能的影响规律, 明晰了AlSi7Mg合金SLM成形熔池内温度场和速度场等物理冶金机制, 为激光增材制造AlSi7Mg构件显微组织调控和力学性能提升提供了理论基础。研究表明, 随着激光能量密度由150 J/m增至175 J/m, 激光成形构件的致密度由94.6%提升至近乎全密度(99.6%); 但过高的激光能量输入(225 J/m)则会导致致密度降低至99.0%。过高激光能量密度下, 温度过高的熔池使得部分低熔点合金元素蒸发形成气孔是致密化程度下降的主因。激光增材制造AlSi7Mg构件中Si颗粒呈现良好的弥散分布状态, 且形态十分细小, 呈规则网状分布, 但能量密度过高时Si颗粒会发生粗化, 不利于合金强韧化。在优化的激光能量密度下(200 J/m), 激光增材制造AlSi7Mg构件力学性能获得显著提升, 显微硬度达165 HV, 拉伸强度达475.8 MPa, 延伸率达6.4%, 比传统铸造或粉末冶金AlSi7Mg合金力学性能提高20%以上。

飞机大型化是航空未来的趋势, 复合材料的大量使用促进了钛合金材料的使用, 大型钛合金结构的成型及制造困难一直困扰着航空制造业, 钛合金激光成形技术是以金属粉末为原料, 通过激光熔化沉积来形成零件结构的一种新型制造工艺, 其促进了飞机大型复杂结构的设计及制造。通过分析激光成形技术在大型钛合金结构制造上的应用, 表明了激光成形技术对未来大型钛合金结构制造的优势, 对钛合金应用及制造具有重要意义。