激光粉末床熔融技術(shù)成形鋁合金缺陷研究

激光粉末床熔融技術(shù)成形鋁合金缺陷研究 總結： 摘要: 在過(guò)去二十年中，增材制造工藝已廣泛應用于許多工業(yè)領(lǐng)域的復雜形狀部件制造，其主要應用領(lǐng)域之一是航空航天業(yè)。激光粉末床熔融技術(shù)成形鋁合金因其具有極高的強度–重量比以及出色的可加工性，在該領(lǐng)域廣泛使用。然而，增材制造工藝對高強鋁合金的適用性仍受到缺陷的限制。打印過(guò)程中鋁合金形成的缺陷主要有球化、氣孔、表面質(zhì)量差、裂紋、幾何變形等，這些缺陷嚴重影響了鋁合金組織結構的均勻性與完整性，進(jìn)而影響其綜合力學(xué)性能。本文概括了粉末床熔融技術(shù)打印鋁合金過(guò)程中缺陷形成的原因及影響。 綱要： 此外，LPBF技術(shù)特有的快速熔融冷卻和反應重熔，極易使鋁合金成形件內部產(chǎn)生較大的殘余應力。1955年，美國B(niǎo)attelle研究所 [1] 研發(fā)的熱等靜壓(HIP)技術(shù)經(jīng)不斷優(yōu)化后，有效消除了LPBF成形鋁合金所產(chǎn)生的殘余應力，并改變缺陷局部的幾何形狀，從而延長(cháng)了疲勞壽命；2011年，德國埃爾朗根–紐倫堡大學(xué) [2] 研究采用LPBF技術(shù)對高強鋁合金和自主開(kāi)發(fā)的Al-Cu、Al-Zn粉體系合金成形的可行性，很有希望用于多層加工。以上研究表明，開(kāi)發(fā)有效的加工技術(shù)、采用后熱處理工藝或拓寬加工工藝窗口等在一定程度上可有效改善、避免LPBF成形鋁合金球化、裂紋、孔隙、表面質(zhì)量、幾何變形等缺陷的形成，獲得高度致密的鋁合金，并優(yōu)化其組織結構，協(xié)調提升其強度–塑性綜合性能。Figure 1. Spheroidization and satellite ball defects in AlSi10Mg at a scanning speed of 750 mm/s圖1. 掃描速度為750 mm/s時(shí)AlSi10Mg中的球化和衛星球缺陷具體地，當所采用的激光工藝參數不足以提供穿過(guò)粉層、熔化粉末的能量時(shí)，熔池底部周?chē)源嬖谒缮⒌姆勰╊w粒，對熔池幾乎沒(méi)有約束力，熔池的形狀僅有氣液表面張力決定，熔滴會(huì )迅速收卷球化，因激光與粉層作用過(guò)程中激起的煙塵顆粒掉落至凝固區域附近，留在熔道或層間；或因激光加工參數不當引起的熔融不完全，導致熔道出現斷裂、不規則，甚至出現扭曲，形成球化的金屬液滴 [7]。另外，根據吉布斯自由能能量最低原理，當金屬凝固緩慢時(shí)，長(cháng)期處于液態(tài)的合金形成球形以降低表面張力。此外，還有一種高強度3D打印鍛造鋁合金材料采用了添加鋯基成核劑的方式實(shí)現晶粒細化、消除裂