采用MSC Marc软件建立了热力耦合有限元模型，分析了激光直接沉积过程中的温度与应力变形的演变过程。考虑高温下钛合金的应力松弛行为，通过多次迭代修正了材料本构方程。同时，基于热电偶与激光位移传感器开发了成形过程中的瞬态实时测量装置，对钛合金薄壁件实际成形过程中的温度和变形进行了原位测量。对修正后的模型的模拟计算值和实测值进行比较与分析，结果表明：原位测量结果与模拟结果的温度误差仅为7.9%，变形误差为19.6%，基板变形的规律一致；沉积层总体呈拉应力状态，主应力方向与沉积方向一致。
激光光学 激光直接沉积 原位测量 热力耦合模型 残余应力与变形 有限元方法 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1114007
中国航发北京航空材料研究院3D打印研究与工程技术中心, 北京100095
通过激光选区熔化技术, 使用优化后的工艺参数成形了3组GH4169样件, 制备了高温疲劳性能测试试样。通过工业CT检测了疲劳测试样件的孔隙情况, 在650 ℃高温下进行疲劳循环试验, 同时采用SEM观察试样断口形貌并分析断裂形式。结果表明, 部分参数试样存在约100 μm的孔隙, 经后续检测分析其未对疲劳断裂产生影响。三组试样的疲劳循环次数随工艺参数改变, 无明显的变化趋势, 均为105~107次循环, 但其疲劳性能低于同等试验条件的锻件。断口形貌显示, 三组试样的裂纹源均位于试样表面, 同时存在脆性与塑性断裂两种机制。
增材制造 疲劳性能 激光选区熔化 additive manufacturing fatigue property selective laser melting GH4169 GH4169
1 中国航发北京航空材料研究院3D打印研究与工程技术中心, 北京100095
2 航发优材(镇江)增材制造有限公司, 江苏 镇江 212132
本文采用激光选区熔化技术(SLM, selective laser melting)制备了0Cr18Ni9不锈钢,通过扫描电子显微镜比较了不同工艺参数下的组织, 同时测试了试样致密度。结果表明, 0Cr18Ni9不锈钢较优工艺参数为激光功率285 W, 扫描速度960 mm/s。微观组织主要由细柱状晶组成, 组织沿多方向凝固, 但大多数都在高度方向上生长。在较优的工艺参数下, 成形的0Cr18Ni9不锈钢的平均缺口拉伸性能为883 MPa, 断口低倍呈纤维状, 高倍呈蜂窝状, 为典型的韧窝形貌, 与成形件良好的缺口拉伸强度相符。
激光选区熔化 0Cr18Ni9不锈钢 组织特征 selective laser melting 0Cr18Ni9 stainless steel microstructure
中国航发北京航空材料研究院3D打印研究与工程技术中心, 北京100095
采用选区激光熔化(SLM)技术制备了GH4169冲击韧性试样,并对其微观组织进行观察。结果表明:在优选的SLM工艺参数范围内,成形试样中定向凝固的细化柱状晶组织均匀排列,在功率P=260 W、扫描速度ν=0.9 m/s的条件下,GH4169试样的室温韧性值为43.9 J/cm 2,且随着激光功率和扫描速度的增大,冲击韧性值不断降低,冲击试样断口有明显的穿晶断裂特征。
激光光学 选区激光熔化 GH4169 组织特征 冲击韧性 激光与光电子学进展
2020, 57(5): 051405
中国航发北京航空材料研究院3D打印研究与工程技术中心, 北京 100095
使用选区激光熔化技术,通过改变激光功率和扫描速度进行阵列实验,获得了多组GH4169块体。计算能量输入密度并测量块体的致密度,观察其组织的孔隙情况与微观形貌。结果表明:扫描速度太低时,组织内产生圆形气孔;扫描速度过高时,组织内产生不规则形状的孔隙。而在扫描速度为0.9~1.5 m/s、激光功率为260~350 W的合理工艺参数下,可成形致密度较高、孔隙较少的样件,最高致密度为99.7%。致密度良好的块体微观组织呈柱状树枝晶形态,随着能量输入密度的提升,枝晶生长稳定并逐步细化。
激光光学 选区激光熔化 GH4169 能量输入密度 致密度 激光与光电子学进展
2020, 57(3): 031404
