摘要：郑州轻工业大学河南省机械装备智能制造重点实验室、英国埃克塞特大学工程数学与物理科学学院等科研人员报道了工艺参数对激光选区熔化成形TA15钛合金致密度、组织与力学性能的影响研究进展。相关论文以“The Influence of Process Parameter
长三角G60激光联盟导读
郑州轻工业大学河南省机械装备智能制造重点实验室、英国埃克塞特大学工程数学与物理科学学院等科研人员报道了工艺参数对激光选区熔化成形TA15钛合金致密度、组织与力学性能的影响研究进展。相关论文以“The Influence of Process Parameters on the Density, Microstructure, and Mechanical Properties of TA15 Titanium Alloy Fabricated by Selective Laser Melting”为题发表的《Metals》上。
激光选区熔化（SLM）技术凭借卓越的成形自由度，可实现高强度Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V（TA15）复杂钛合金构件制造，在航空航天领域获得广泛应用。本文重点研究了相近激光线能量密度条件下工艺参数对SLM成形TA15相对密度、显微组织及力学性能的影响规律。研究表明：激光线能量密度显著影响SLM成形TA15的单道形貌，能量密度过高会产生匙孔缺陷，过低则引发球化现象导致熔道不连续；当激光线能量密度适宜时，扫描间距影响零件致密度，过大或过小均会产生不利影响。在固定扫描间距100μm条件下，合适的线能量密度区间内可制备高致密试样；当激光线能量密度相近时，较低扫描速度引发的热累积会导致α'马氏体原位分解，形成较粗大的α+β相，虽降低强度与硬度但提升塑性。在激光功率90 W、扫描速度400 mm/s、扫描间距100μm参数组合下，试样抗拉强度达1233 MPa，延伸率为8.4%，获得较优异的综合性能。
关键词：激光选区熔化；TA15；线能量密度；单道成形；显微组织；力学性能
图1.TA15粉末的(a)形貌与(b)粒径分布
图2.TA15粉末的(a)流动性及(b)铺展性
图3.SLM单道成形(a)示意图、(b)特征尺寸、(c)单道成形结果与(d)熔池特征
图4.(a)SLM成形TA15试样及(b)拉伸试样尺寸示意图
图5.单道形貌统计结果
图6.不同激光功率与扫描速度下的TA15单道宏观形貌
图7.不同工艺参数下的TA15单道宽度
图8.不同扫描速度下单道熔池横截面形貌
图9.线能量密度0.195 J/mm时(a)不同扫描速度下单道表面形貌及(b)熔池形貌
图10.熔合不良缺陷产生机理示意图
图11.相近线能量密度下不同扫描速度试样的表面形貌：(a)1号、(b)2号、(c)3号、(d)4号、(e)5号、(f)6号
图12.3-6号试样的(a-d)单道形貌与(e-f)熔池形成机理示意图
1.SLM成形TA15钛合金的单道宽度随激光功率增大或扫描速度降低而增加。在相同线能量密度条件下，随着激光功率降低，单道宽度呈现减小趋势，表明线能量密度与单道宽度存在明确关联规律。
2.相同激光功率下，SLM成形TA15熔池深度随扫描速度降低而增加，深宽比亦急剧增大。当深宽比超过0.5时，熔池会从"热传导模式"转变为"匙孔模式"。在相同线能量密度下，单一熔池具有相近的深宽比特征。
3.当线能量密度与单道宽度相近，并配合适宜的重叠率时，可有效成形高致密度TA15合金试样。
4.在相近激光线能量密度条件下，较低的扫描速度会导致SLM过程中热累积效应，引发α'马氏体原位分解，使试样中β相含量增加且α层片组织粗化，最终造成强度与硬度下降，但塑性得到改善。
论文链接：
长三角G60激光联盟陈长军转载
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来源：江苏激光联盟