激光熔化沉积连接铺粉态AlSi10Mg工艺、性能及缺陷特性研究

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangsongzhao99
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针对激光选区熔化技术无法制备大尺寸航空结构件的局限性,本文采用激光熔化沉积技术对激光选区熔化制备的零件进行增材连接,突破了成形尺寸的限制,为增材制造大型和超大型零件提供了可行的解决方案。主要开展了以下研究:探究了激光熔化沉积连接铺粉态Al Si10Mg合金的最优连接工艺,研究了激光功率、扫描速率以及送粉速率对连接试样宏观形貌、显微硬度和拉伸性能的影响规律,获得了最优连接工艺为激光功率2500 W、扫描速率6 mm/s、送粉速率0.8 r/min。采用该工艺参数制备的连接试样抗拉强度和伸长率分别为214 MPa和1.5%,性能远超传统连接方式(150~200 MPa)。研究了连接区内产生的密集孔隙缺陷的分布规律,并总结了该缺陷的特点:在X射线检测中表现为“水印”特征;孔隙缺陷数量较多,且存在聚集行为,沿着界面熔合线呈带状分布;直径均小于20μm;严重影响连接件的力学性能。分析认为,密集孔隙缺陷为氢气孔,并阐明了该密集孔隙缺陷的形成机理。提出了密集孔隙缺陷的抑制方法,主要通过工艺参数协同优化和添加外力场两种形式。其中工艺优化包括激光功率、扫描速率、送粉速率,改变基材表面粗糙度,改变坡口角度和钝边;添加外力场包括基材预热和超声振动两种。结果表明,通过优化工艺的方式,并不能完全消除密集孔隙缺陷。添加外力场能够有效改善该缺陷,其中基材预热会造成连接试样拉伸性能的降低,而超声振动能够显著提高试样的力学性能,与未加超声相比,抗拉强度提高了33.5%,伸长率提高了312.5%。通过对上述方案的对比,添加超声振动是解决连接区密集孔隙缺陷的最佳方法,并最终制备了抗拉强度283 MPa,伸长率5.0%的连接试样。
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