【摘 要】
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SLM技术作为增材制造的重要成形方式之一,由于加工零件质量好、材料利用率高、易成形复杂件、性能优良等优点,在航空航天、模具、生物医疗等诸多领域得到广泛的应用,逐步成为国内外研究的热点。相对于传统的加工方式,SLM技术有着其独特的优势。SLM技术成形复杂的结构、个性化结构的金属件已得到广泛应用,但是在成形件质量方面还存在诸多问题,特别是金属复合材料的成形,而SLM技术工艺参数是影响其成形质量的重要因
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SLM技术作为增材制造的重要成形方式之一,由于加工零件质量好、材料利用率高、易成形复杂件、性能优良等优点,在航空航天、模具、生物医疗等诸多领域得到广泛的应用,逐步成为国内外研究的热点。相对于传统的加工方式,SLM技术有着其独特的优势。SLM技术成形复杂的结构、个性化结构的金属件已得到广泛应用,但是在成形件质量方面还存在诸多问题,特别是金属复合材料的成形,而SLM技术工艺参数是影响其成形质量的重要因素之一,因此本文以316L不锈钢粉末和高熵合金元素粉末为原材料,通过不同工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距)制得以316L为基体的复合材料,系统研究工艺参数对SLM技术成形复合材料微观组织和力学性能的影响规律,主要研究结果如下:在SLM技术不同工艺参数下成形的复合材料,所存在的缺陷主要为微孔、微裂纹和少量未熔金属。通过对HEA/316L复合材料微观组织的观察,对比三种不同激光能量密度下的金相组织,发现复合材料的奥氏体组织随激光能量密度的增大有增大的趋势。SLM技术成形HEA/316L复合材料微观组织在不同成形方向上存在各向异性,内部组织以胞状晶和柱状晶为主,晶间间距小于1μm,复合材料内部所存在的缺陷主要是孔隙和小尺寸裂纹,激光功率对其有着明显影响,但激光功率对微观组织分布没有太大影响。通过EDS成分分析表明同一工艺参数下复合材料不同区域主要元素分布几乎相同,不同工艺参数下复合材料主要元素分布也几乎相同,元素分布比较均匀,工艺参数对元素分布几乎没有影响。通过对复合材料力学性能分析,随着激光功率、扫描速度、扫描间距的增大,HEA/316L复合材料孔隙率呈现先减小后增大的趋势,复合材料硬度随激光功率和扫描速度增大呈现先增大后减小的趋势,但是扫描间距对硬度影响呈波动性变化,变化幅度均不大。激光功率为170W时,孔隙率最低为0.69%,硬度达到最高为285.7HV,拉伸强度也达到最大值635.9MPa,较铸态316L不锈钢提升23%,延伸率最高为37.0%,低于铸态316L不锈钢39%的延伸率。当扫描速度和扫描间距分别为700mm/s和0.09mm时,孔隙率也较低,复合材料成形质量较好,孔隙率分别为1.69%和1.53%,硬度分别为275.3HV和279.3HV,拉伸强度均在620MPa以上,分别为634.6MPa和628.6MPa。复合材料拉伸断口可以看到细小的韧窝,主要表现为韧性断裂。综合以上的各种因素,当激光能量密度为99J/mm~3~111J/mm~3,成形复合材料的各方面性能均较好,SLM技术成形HEA/316L复合材料最佳工艺参数为激光功率170W,扫描速度700mm/s,扫描间距0.09mm。
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