激光快速成形316L不锈钢的组织及性能
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表 N 激光快速成形 ONPQ不锈钢的性能
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为 研 究 所 成 型 零 件 的 力 学 性 能%采 用 激 光 直 接 堆 积 制 备 出 薄 壁 样%经 线 切 割 加 工 和 表 面 磨 光 制 成 片状拉伸试样/在 7389(d‘e拉伸试验机上进行拉 伸试验%加载速率为 4MM[K0用 fJO8)5(扫描电镜 对 拉 伸 断 口 进 行 观 察%同 时 分 析 了 薄 壁 样 中 主 要 元 素沿高度方向的分布情况/
件 %所 制 零 件 组 织 致 密 %成 分 均 匀 %具 有 快 速 凝 固 组 织 特 征 %力 学 性 能 与 铸 态 及 锻 造 退 火 态 相 当 %可 满 足 直 接 使 用 要
求/
关 键 词 +金 属 粉 末 0激 光 快 速 成 形 0,’-.不 锈 钢
中 图 法 分 类 号 +12’-134516’,
在 成 形 薄 壁 试 样 时 7由 于 成 形 基 板 未 进 行 预 热 7
图 9 激光快速成形 @!AB不锈钢的组织 "#$%9 C#,’()-’2,-2’+)(3-4+0/)+’5#’+,-3(’1+5@!AB)-/#.0+)))-++0D:/=E+’E+.5#,20/’-(),/..#.$5#’+,-#(.7:?=E+’E+.5#,20*
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文 献 标 识 码 +7
文 章 编 号 +’((48’)9:&4((4*(48(’(,8(,
快 速 成 型 技 术 &;6%;<=>?6@ABABC=>DE*经 过 近 4(年 的 发 展 %正 逐 步 走 向 成 熟 %在 提 高 零 件 成 型 精 度 F 减 少 制 造 时 间F降 低 制 造 成 本 等 方 面 取 得 了 显 著 进 展 /目 前 %快 速 成 型 在 原 型 和 模 型 的 制 造 方 面 %已 成 为 一种不 可 替 代 的 先 进 制 造 技 术G’H%但 传 统 快 速 成 型 方 法 所 采 用 的 成 型 材 料 仅 局 限 于 液 体 光 敏 树 脂F塑 料F 蜡F纸 等 替 代 材 料%所 制 零 件 不 具 备 直 接 使 用 的 力 学 性 能 /近 年 来 %随 着 高 功 率 激 光 的 引 入 %采 用 快 速 成 型 方法直接制造金属零件正成为该领域新的研究热点% 引起了人们的广泛关注G4I)H/美国 J<D?><G,%5H%.AK7L8 <MAKG9%-H国家实验室F7@NAONBPA@=QGRH以及包括 JB8 <DSA@?TU和 OV1 等 在 内 的 众 多 著 名 大 学 和 研 究 机 构 纷纷加入到该研究领域%并已取 得 显 著 进 展/在 金 属零件的激光快速成型方面有两个主要的发展趋势+ 一是进一步提高所制零件的尺寸精度及表面光洁度% 如 JB<DSA@?TU开 发 的 形 状 沉 积 制 造 技 术G)H&JW<=N XN=AK>B>ADO<DYS<ZBY@>DE*0另 一 是 通 过 忽 略 零 件 细 节%采 用 更 高 功 率 激 光 来 缩 短 零 件 制 造 周 期%如 7@N8 AMNBPA@=U的 钛 合 金 柔 性 制 造 技 术 GRH&.<KN@SA@M*/
作者简介+张永忠%男%’mR(年生%博士%北京有色金属研究总院复合材料中心%北京 ’((())%电话+(’(8-4(’55))84)4’
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稀有金属材料与工程
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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面 散 热 而 凝 固 7而 形 成 极 细 的 等 轴 晶 组 织 8 在以上单道激光熔覆工艺基础上进行了多道熔
图 ! 单道激光熔覆层的截面组织 "#$%! &’())*)+,-#(./01#,’()-’2,-2’+(3-4+)#.$0+0/)+’
实验采用 4\] 横流 P^4激光器%焦点光斑直径
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收 稿 日 期 +4((’8(48’9
基 金 项 目 +万国 家方k数)-据,l计 划 资 助 项 目 &4((’77,,R(4(8’*和 国 家 kmR,l计 划 资 助 项 目 &34((((-R4(98’*
g 结果和讨论
激 光 快 速 成 形 零 件 的 性 能 决 定 于 凝 固 组 织%而 凝固组织又取决于局部凝固条件&凝固速度 h及固液 界 面 温 度 梯 度 i*%即 体 系 的 物 质 和 能 量 传 递 过 程/ 图 ’为 ,’-.不 锈 钢 单 道 激 光 熔 覆 层 的 截 面 组 织 &激 光功率 ’4((]%扫描速度 ,MM[K%送粉速率 RU4E[ M>D*%可 见%熔 覆 层 组 织 致 密%无 气 孔%无 裂 纹%与 基 体 形 成 良 好 的 冶 金 结 合 %稀 释 率 极 低 /从 熔 池 底 部 到 表 层%熔 覆 层 组 织 可 分 为 平 面 晶 区F枝 晶 生 长 区F 表 面 等 轴 晶 区/在 熔 池 与 基 板 界 面%温 度 梯 度 i最 大%凝 固 速 度 h最 小%具 有 很 大 的 i[h 比 值%凝 固 组 织 以 低 速 平 界 面 生 长 0随 凝 固 前 沿 向 表 面 推 移 %温 度 梯 度 减 小 %凝 固 速 度 增 加 %i[h 比 值 减 小 %形 成 枝
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第 ,’卷 4((4年
第 4期 5月
稀有金属材料与工程
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张永忠%席明哲%石力开%程 晶
&北京有色金属研究总院%北京 ’((())*
摘 要+基于一般快速成型原理%采用激光熔化同轴输送的 ,’-.不锈钢粉末%在沉积基板上逐层堆积出薄壁金属零
金属零件激光快速成形技术的实质是计算机控
制 下 的 三 维 激 光 熔 覆%其 关 键 在 于 精 确 连 续 地 输 送 粉 末 %并 控 制 金 属 粉 末 的 熔 化 及 随 后 的 凝 固 过 程 %保 证 一 定的熔池形状和连续的 固[液 界 面%使 得 成 型 过 程 保 持 连 续 和 一 致/本 文 将 着 重 介 绍 激 光 快 速 成 形 ,’-.不 锈 钢 的 组 织 及 性 能 /
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晶组织6在熔覆层表面7凝固速 度 最 大7且 可 通 过 表
覆 实 验7通 过 多 道 熔 覆 层 的 高 度 来 大 致 确 定 每 一 熔 覆 层 的 高 度7从 而 可 对 零 件 模 型 按 合 适 的 高 度 进 行 切片处理8图 9/为单方向多道 扫 描 薄 壁 试 样 的 截 面 组织7可清楚分辨出每一层7每层的厚度均匀:约 ;%< 11 厚=7相 邻 层 之 间 有 一 9;>1 的 重 熔 区 :图 9?=8 图 9,为薄壁试样平 行 于 基 板 的 金 相 组 织7为 典 型 的 蜂 窝 状 结 构 7该 结 构 是 枝 晶 组 织 的 横 断 面 的 形 貌 8从 图 9可以看出7所制备的薄壁试样组织致密均匀7无 缺陷8
"实 验
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成形初始几层所需激光功率较高:约 !9;;F=7使零 件 与 基 板 的 结 合 牢 固7保 证 后 续 成 形 时 热 量 及 时 散 失8图 @为薄壁试样沿高度 方 向 上 的 化 学 成 分 分 布7 可 以 看出7激光成型金属薄 壁 试 样 的 化 学 成 分 均 匀7 未发生成分偏析8
参考文献 DEFEGEHIEJ
图 ! 激光快速成形 "#$%不锈钢的拉伸断口 &’( 照片 )*+,! &’( -./01.2.+3.45165678*264/9:5;/68;/49:64./
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?结 论
#@基 于 快 速 成 型 的 原 理A通 过 高 功 率 激 光 熔 化 同 轴 输 送 的 金 属 粉 末A可 实 现 致 密 金 属 零 件 的 快 速 无模直接制造B
图 @ 激光快速成形 @!AB不锈钢沿 G向主要元素的成分分布 "#$%@ &(1E()#-#(.5#)-’#?2-#(./0(.$G 5#’+,-#(.3(’-4+ @!AB )-/#.0+)))-++0)/1E0+3/?’#,/-+5?H0/)+’5#*
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采 用 该 系 统 直 接 制 备 出 @!AB不 锈 钢 薄 壁 零 件 :激光功率 A;;F7送粉速率 I%9$J1#.7运动速度 @ 11J)=8表 !中给出了激光直接成型 @!AB不锈钢的 力学性能7可见7激光 直 接 制 备 的 @!AB不 锈 钢 零 件 性 能 较 铸 态 及 锻 造 退 火 态 有 所 提 高7可 满 足 直 接 使 用要求8图 K为拉 伸 断 口 的 LMC 照 片7其 韧 窝 特 征 表 明 7所 制 材 料 具 有 很 好 的 韧 性 8
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"实 验
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参考文献 DEFEGEHIEJ
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