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。

利用选区激光熔化技术制备GH4169试样, 采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子万能材料试验机分别分析了成型件的宏观及微观组织形貌和力学性能。结果表明, 选区激光熔化成型件的结晶形貌主要为胞状结晶形态, “微熔池”内部的细小的柱状晶直径约为0.1～1.0 μm, 截面成近似六角形的形状; 选区激光熔化过程中, 由于激光照射角度不同、铺粉不均匀、温度累积及散热条件的变化, “微熔池”内部细小柱状晶的形状、长度、宽度会有所差别; 选区激光熔化GH4169成型件拉伸试样呈现韧性断裂+解理断裂模式。