选区激光熔化成形NiTi合金工艺参数对表面粗糙度的影响规律

目的 针对选区激光熔化（SLM）制备NiTi形状记忆合金表面粗糙度难以满足实际应用要求,通过优化工艺参数（激光功率、扫描速度、扫描间距）以有效地降低表面粗糙度以及研究各工艺参数对表面粗糙度的影响规律。方法 采用L16正交阵列的田口模型设计选区激光熔化制备NiTi样品的工艺参数,通过对表面粗糙度信噪比值进行统计方法分析以及样品表面形貌的表征,研究不同工艺参数对表面粗糙度的影响程度以及影响机理,最终优化出制备低表面粗糙度的工艺参数组合。结果 在激光功率为20W和30W时,NiTi粉末不能够充分熔化造成熔道不连续,使得样品表面起伏增大,粗糙度值最大到7.8μm;增大激光功率到40 W和50 W时,粉末充分熔化,样品表面形貌明显改善;在相同功率下,扫描速度从200 mm/s增加到500 mm/s时,样品的粗糙度值也随之增大。结论 工艺参数对表面粗糙度影响的重要性顺序依次为激光功率、扫描速度、扫描间距;最终优化出的工艺参数组合为激光功率50 W、扫描速度200 mm/s、扫描间距0.07 mm,并在该工艺参数下制备的样品表面粗糙度值为1.38μm,与模型预测的值1.43μm接近,相差仅为9.97...     

选区激光熔化工艺参数对GH4169粉末成型性的影响

实验选用GH4169镍基合金粉末,通过调节激光电流、扫描速度、脉冲宽度、激光频率、铺粉厚度、扫描间距和扫描路径等工艺参数,采用单层单道扫描、单层多道扫描和多层多道扫描方式进行选区激光熔化试验,分析工艺参数对粉末成型性的影响规律。并对不同工艺参数所制备的试样进行剖面形貌观察和致密度分析,最终得到的最优工艺参数是扫描速度150mm/min,脉冲宽度5.0ms,铺粉厚度0.15mm,扫描电流140A,激光频率12Hz,扫描间距0.25mm。     

粉末粒径对AlSi10Mg合金选区激光熔化成形的影响EI北大核心CSCD

通过模拟仿真与实验结合研究粉末粒径对选区激光熔化(SLM)可加工性的影响。以3种粒径AlSi10Mg粉末为对象,基于离散元和流体力学数值模拟方法研究SLM铺粉和粉末熔化/凝固介观行为,并对成形样品进行宏观成形质量检测。结果表明,铺粉过程中,粒径小于20μm的粉末剧烈团聚形成大量空隙,粒径大于53μm粉末易形成少量大的空隙,中等粒径粉末床相对密度比细粒径和大粒径分别高7.69%和3.17%。单层粉末床熔融时,铺粉质量不均匀,细粒径与粗粒径熔道不规则。但经历多层熔化后,细粒径熔道缺陷部分缓解。随着粒径的增加,熔道表面平整度下降,细粒径粉末样品存在较多孔隙,粗粒径粉末存在少量未熔合缺陷。中等粒径粉末SLM可加工性最好,样品相对密度达到99.8%,比细粒径和粗粒径分别高1.4%和0.4%。     

镍铁金属粉末选区激光熔化工艺研究

采用镍铁金属粉末进行选区激光熔化试验,研究工艺参数对镍铁粉末成形性的影响。通过单层单道、单层多道扫描试验,分析了激光电流、脉冲宽度、扫描速度、激光频率、铺粉厚度、扫描间距等工艺参数对单层单道、单层多道扫描质量的影响。以此为基础,研究了不同工艺参数对多层多道扫描质量的影响,并对不同工艺参数下的试样形貌加以观察和分析,最终确定镍铁金属粉末选区激光熔化成形的优化工艺参数匹配。     

钛合金粉末的选择性激光熔化表面质量研究

通过优化实验方法,采用在钛片上进行钛合金粉末Ti6Al4V(TC4)的选择性激光熔化(SLM)单道扫描成形正交实验,在钛基板上进行单层SLM的正交实验。将打磨过的单道钛板在金相显微镜下进行观察,运用环境扫描电镜(ESEM)对SLM的单层进行分析。结果表明,在相对较高的激光功率以及低的扫描速度下,熔道的润湿角较小,宽度较大,且具有很好的连续性,单层轨迹具有很好的搭接性,整个熔化层较为平整,球化现象较少。最终确定最优参数为扫描速度20 mm/s,扫描间距0.07 mm,铺粉厚度0.07 mm,激光功率95 W,扫描方式为跳转变向,制备出的成形面质量较好。     

超高速激光熔覆成形M2涂层*

为修复受损轧辊、提高轧辊使用寿命,利用超高速激光熔覆技术,在 9Cr2Mo 钢表面熔覆成形 M2 高速钢制备的涂层。 为提高熔覆层质量,设计正交试验与对比试验,并借助光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计,对不同扫描速度、激光功率、道次间距条件下熔覆层的宏观形貌、微观组织、显微硬度进行研究分析。结果表明,扫描速度对宏观平整度影响最大, 提高扫描速度、降低激光功率、增大道次间距可提高涂层平整度;确定最优工艺参数为：激光功率 1.5 kW,扫描速度 35 m / min, 道次间距 0.30 mm 的组合和激光功率 1.7 kW,扫描速度 35 m / min,道次间距 0.35 mm 的组合;熔覆层组织细小、成分均匀, 主要为等轴晶,晶粒边界出现网状碳化物;熔合线处晶粒尺寸较为细小,熔覆道中部组织相对较大,道次间熔合线下方组织粗化明显;制备的 M2 涂层显微硬度整体高于基体,且具有较好的耐磨性。     

选区激光熔化IN738LC合金成形温度场的数值模拟及实验研究

通过数值模拟根据熔池热行为变化规律对选区激光熔化工艺参数进行优化,是提高成形件质量的有效手段。为此,本论文采用ANSYS的APDL语言建立了全参数化的IN738LC合金选区激光熔化过程温度场有限元分析模型,并通过单熔道成形实验对热源模型进行校核。结果表明：随着激光功率的增加或者扫描速度的减小,粉末吸收的线性能量密度不断增加,熔池中心最高温度升高,熔融金属量增加,熔道形态由不规则断续状向规则连续长条状演化;随着扫描速度的增加或者激光功率的减小,粉末吸收的线性能量密度不断下降,熔体流动能力减弱,熔池宽度与熔化穿透深度也随之减小;有限元模拟与实验结果吻合较好,当激光功率为270 W,扫描速度为1150 mm/s时,单熔道具有连续少缺陷、规则良好的成形形貌。     

工艺参数对钛合金激光熔覆 CBN 涂层几何形貌的影响

目的获得制备形貌较佳的CBN激光熔覆层的工艺参数。方法以CBN粉末为熔覆材料,在TC11钛合金表面制备CBN熔覆层。设计正交试验,利用金相法检测熔覆层的几何形貌参数,研究工艺参数(激光功率、扫描速度、离焦量、预置层厚度)对涂层几何形貌的影响规律。结果随着激光功率、扫描速度、离焦量和预置层厚度的增大,熔覆层宽度、高度以及熔池深度都发生相应的改变。其中扫描速度对熔覆层形貌的影响最大,其次为激光功率和预置层厚度,离焦量的影响最小。随着激光功率增大,熔覆层宽度先增大后减小,熔覆层高度逐渐降低,熔池深度逐渐增大。扫描速度、离焦量和预置层厚度的增加都导致熔覆层宽高和熔池深度的减小。结论最优的工艺参数为:激光功率1400W,扫描速度4mm/s,离焦量35mm,预置层厚度0.4mm。     

激光选区熔化IN718合金的熔池演化过程数值模拟

采用离散元（DEM）与流体体积（VOF）相结合的方法,以IN718粉末的激光选区熔化（SLM）过程为研究对象,通过数值模拟和试验验证,研究了激光功率对熔池尺寸的影响,以及熔池演化和熔道形貌的形成机理。结果表明,随着激光功率增大,熔池尺寸逐渐增大,熔池连续性和尺寸均匀性增强,合适的工艺参数（P=200 W,v=1.5 m/s）会获得最佳熔道形貌;由温度梯度引起的表面张力梯度与蒸气反冲压力共同驱动了熔池的演化和熔道形貌的形成;优化层间旋转角（θ=67°）能够降低熔道两端孔缺陷出现的概率。     

灰铸铁激光熔覆铁基和镍基粉末的比较*

采用高功率横流CO2激光器,以铁基和镍基合金粉末为熔覆材料,用同步送粉法在灰铸铁基体材料上进行激光熔覆试验,并对熔覆层组织和性能进行比较分析。结果表明,激光熔覆镍基时覆层内的组织较铁基合金熔覆层组织均匀细致;熔覆镍基和铁基粉末合金层与基体结合紧密成冶金结合;结合区的组织晶粒细小,合金碳化物含量高,其硬度也最高。用正交试验法分析激光功率、扫描速度、熔覆层数对熔覆效果、表面硬度的影响规律,获得激光熔覆层表面硬度显著提高;对表面硬度影响最大的因素是扫描速度,其次是激光功率,熔覆层数则影响不大。熔覆Fe35合金粉末综合优化参数为扫描速度300mm/min、激光功率4.0kW、熔覆二层。熔覆Ni20A合金粉末优化参数为扫描速度400mm/min、激光功率4.0kW。     

1Cr18Ni9Ti激光选区熔化成形工艺参数对致密度的影响

采用正交试验,结合典型缺陷形成原因和微观组织,研究了激光选区熔化成形工艺参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)对1Cr18Ni9Ti不锈钢致密度的影响,分析了各工艺参数对致密度的影响规律。结果表明,粉末熔化的能量输入密度主要取决于激光功率和扫描速度;在激光功率325~340 W、扫描速度1 000~1 200 mm/s、扫描间距0.12 mm的工艺参数下,SLM技术可制备致密度高于99.9%的1Cr18Ni9Ti不锈钢零件。采用优化后的SLM工艺参数成形1Cr18Ni9Ti不锈钢试棒的力学性能优于QJ501A-98标准,抗拉强度Rm≥709 MPa,屈服强度Rp0.2≥547 MPa,断后伸长率A≥41%。     

Energy input effect on morphology and microstructure of selective laser melting single track from metallic powder

Process parameters of selective laser melting affect the response of a powder–substrate system and, therefore, the geometry and microstructure of the manufactured parts. The experiments were carried out at fixed values of laser power (50 W), spot diameter (70 μm) and powder layer thickness (80 μm). In this research, influence of the energy input parameters (80–900 °C preheating temperature and 0.08–0.28 m/s laser scanning speed) on microstructure and geometry of single tracks fabricated of stainless steel grade 316L powder was analysed. Both factors were found statistically significant with regard to their influence on the remelted depth and the primary cell spacing in the colonies observed in the tracks cross-sections. More specifically, the contact angle and track height were controlled by the preheating temperature, and track width and contact zone characteristics were governed by the laser scanning speed. Because of the threshold behaviour of these two factors, values starting with 700 °C and 0.24 m/s were found not optimal and causing instability and balling effect. Conclusions regarding the selection of process parameters for the formation of tracks with the desired geometry and microstructure were formulated based on statistical analysis of the experimental data.     

工艺参数对激光选区熔化成形纯镍表面质量及致密化行为的影响（英文）

研究激光功率和扫描速度对激光选区熔化(SLM)成形纯镍的熔覆道特征、致密化行为和表面粗糙度的影响规律。结果表明,在一定范围内提升激光功率并降低扫描速度,可成形出连续、规则、光滑的熔覆道,这有助于抑制SLM成形过程中孔隙、球化等缺陷的形成。当扫描速度为900 mm/s、激光功率为255～275 W时可获得最佳成形工艺窗口,此时,试样相对密度为99.16%,抗拉强度为(360±2.747) MPa,上表面和侧表面的粗糙度分别为(2.88±2.23)μm和(14.98±0.69)μm。     

Formation of scanning tracks during Selective Laser Melting (SLM) of pure tungsten powder: Morphology,geometric features and forming mechanisms

Due to the high melting point and high heat conductivity, selective laser melting (SLM) of tungsten is still challenging. To have a better understanding of SLM tungsten parts, the effects of processing parameters such as laser power and scanning speed on scanning tracks formation of pure tungsten powder were investigated. As linear energy increased with increasing laser power and decreasing scanning speed, the height and contact angle of scanning tracks gradually reduced, while the width and penetration depth increased. Owing to the good wetting and spreading, the flow front of scanning tracks gradually became smooth and stable with the increased linear energy. However, the transverse cracks induced by large temperature gradient and high cooling rate appeared on the surface of the scanning tracks at linear energy of more than 1.75 J/mm. A maximum temperature of 4630.27 °C and high cooling rate of 8.6 × 10⁶ °C/s were obtained during SLM process of tungsten powder when the linear energy was 1.75 J/mm. This work provides scientific guidance for SLM-processed tungsten parts.     

高致密度激光选区熔化Inconel 718合金中的微小孔隙缺陷和拉伸性能

本文采用激光选区熔化技术制备了高致密度Inconel 718合金试样，研究了工艺参数（激光功率，扫描速度）对合金试样致密度的影响规律，分析了孔隙缺陷的形成原因，对比研究了微小孔隙缺陷存在条件下的拉伸性能变化，并比较了热处理对不同致密度合金力学性能影响。实验结果表明：工艺参数的改变决定了激光与粉末相互作用的模式，在较高激光功率、低扫描速度条件下发生了“匙孔”模式，气孔较多，致密度降低；当功率减小或者扫描速度增大会由“匙孔”模式向“热传导”模式转变，气孔较少，致密度会升高；但是当激光功率过小或者扫描速度过大时产生未熔合孔隙缺陷，使得材料的致密度出现大幅度减小的现象。拉伸测试结果表明，激光选区熔化成形Inconel 718合金的强度并不会随着致密度的增大呈严格单调增大的变化趋势，微小孔隙缺陷的形貌、数量和尺寸也会对拉伸性能产生影响。SIDA热处理可以大幅提高激光选区熔化成形Inconel 718合金的显微硬度及抗拉强度，但塑性呈显著降低。     

Fabrication and microstructure characterization of selective laser‐melted FeAl intermetallic parts

Selective laser melting was considered in this study with the goal to manufacture dense parts with mechanical properties comparable to those of bulk materials, directly from FeAl intermetallic powder. Based on a series of single line scans, the processing window was first explored, paying attention to the melting mechanisms. Then, FeAl samples were produced using various selected parameters according to the previously established processing map. These samples were investigated in terms of microstructure, surface roughness, densification and microhardness. Observations revealed that these characteristics are strongly dependent on the processing parameters. Finally, interesting FeAl specimens with a relatively high density (98% of the theoretical value), high microhardness and smooth surface were obtained using a laser power of 90 W and a scanning speed of 0.2 m/s, corresponding to a continuous melting mechanism of the powder bed.     

激光增材制造钛合金微观组织和力学性能研究进展

激光选区熔化(SLM)技术与激光熔化沉积(LMD)技术在航空航天、生物医疗等领域的应用具有巨大潜力,但由于成形的Ti6Al4V合金构件存在较差的表面质量、较大的残余应力以及内部孔洞等问题,影响了构件的力学性能,从而制约了其大规模的应用。针对这一现状,首先概述了激光选区熔化技术与激光熔化沉积技术的制造原理,比较了2种增材制造技术的成形参数及其特点,并分析了2种不同成形技术的自身优势以及适用场合。其次,从2种增材制造技术成形钛合金的工艺参数入手,综述了激光功率、扫描速度、激光扫描间距、铺粉厚度、粉床温度等参数对SLM工艺成形钛合金的影响,以及激光功率、扫描速度、送粉速率等参数对LMD工艺成形钛合金的影响。发现成形工艺参数直接影响了粉末熔化程度、熔合质量和成形显微结构,从而影响成形件的组织与力学性能。此外,综述了不同的扫描策略对两种增材制造技术成形钛合金的表面质量与力学性能的影响,可以发现在不同扫描策略下同一试样表面的不同区域表面质量、残余应力以及抗拉强度存在较大差异,同一扫描策略下试样的不同表面之间也存在各向异性。最后,探讨了不同热处理工艺对钛合金微观组织和力学性能的影响,通过合适的热处理能够降低成形构件应力,并调控组织相变和性能。     

旁轴送粉式激光扫描熔覆工艺研究

以Q235钢为基板,采用IPGYLS-4000型光纤激光器以及旁轴送粉器,搭建旁轴同步送粉式激光扫描熔覆工艺试验平台,在基板上进行熔覆试验。研究了激光功率、扫描速度和扫描宽度对熔覆层成形尺寸和对熔覆层组织的影响,结果表明:随着激光功率增大,铁基合金粉末熔化量提高,单层金属熔覆层的余高增加;扫描速度对熔覆层熔宽和余高的影响均较大,随着扫描速度的降低,金属熔覆层熔宽余高均增加,裂纹数量增多。约束应力是导致熔覆层出现裂纹的主要原因,通过优选工艺参数可以获得工艺良好无裂纹熔覆层,为下一步研究激光扫描多层熔覆无(小)变形焊接技术提供理论和技术依据。     

SLM成形中粉末铺展行为的动态数值模拟

激光选区熔化中,粉床的成形会显著影响后续的工艺及最终产品的质量.试验采用离散元法(DEM),对SLM成形过程中的粉末铺展行为以及成形质量进行了动态数值模拟,从致密度和均匀性两方面研究了粉床质量的影响因素.研究结果表明,铺粉速度对粉床质量的影响很明显.铺粉速度、铺粉角度、刮板间隙高度、粉末粒度均对改善粉床的平均致密度和均匀性有着重要影响.铺粉速度越小,粉床质量越高,同时工作效率也越低.随着刮板间隙高度的增加,粉床致密度增大,粉床均匀性降到一个较低的值;粉床致密度随铺粉角度的增大而增大,然后减少,整个粉床的结构均匀性也有类似的变化趋势.增大粉末粒径会导致粉床致密度和粉床结构的均匀性降低.当铺粉速度0.1 m/s,刮板间隙高度90μm,铺粉角度15°,粉末粒径15μm时,粉床成形质量最优.