【摘 要】
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作为一种新兴的金属增材制造技术,选区激光熔化技术（SLM）由于其可生产传统减材制造方法难以生产或生产成本高昂的具有复杂几何结构的高质量零件而得到广泛关注,并已应用在如航空、航天等领域。但SLM技术加工过程中产生的较大且各向异性的残余应力会使成型件发生几何变形并可能严重损害其力学性能。为了推动SLM技术的进一步发展和工业应用,必须更好地理解残余应力在SLM成型过程中的形成机制和残余应力在SLM成型件
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作为一种新兴的金属增材制造技术,选区激光熔化技术（SLM）由于其可生产传统减材制造方法难以生产或生产成本高昂的具有复杂几何结构的高质量零件而得到广泛关注,并已应用在如航空、航天等领域。但SLM技术加工过程中产生的较大且各向异性的残余应力会使成型件发生几何变形并可能严重损害其力学性能。为了推动SLM技术的进一步发展和工业应用,必须更好地理解残余应力在SLM成型过程中的形成机制和残余应力在SLM成型件中的分布和大小。准确地测量SLM成型件中的残余应力对此至关重要。本文主要研究成果如下:本文将理论分析与实验测量相结合,确定了样品表面的高粗糙度会导致XRD测得残余应力值显著偏低,从而确定了在使用XRD测量残余应力前对SLM成型样品进行预处理的必要性。本文针对SLM成型铝合金的表面特点,研究得到机械磨抛与化学腐蚀相结合的预处理工艺。通过实验测量和数据统计,证明该预处理工艺可以有效提高使用XRD测量SLM成型铝合金中残余应力的准确性,优化了残余应力测量方法。该优化后测量方法同样适用于使用其他材料成型的SLM零件,尤其是具有高表面粗糙度的零件。本文结合有限元仿真和优化后残余应力测量方法测得的实验结果,确定了SLM成型铝合金表面的残余应力分布。残余应力在SLM成型件表面主要为拉应力,在内部为压应力,在侧面主要为沿成型方向的分量较大,而在顶面则主要为垂直于成型方向的分量较大,有较强的各向异性。本文将残余应力实验测量结果与SLM成型铝合金的微观形貌及高温拉伸性能相结合,研究了SLM成型过程中残余应力的形成机制。证明了SLM成型过程中在样品与基板交界处产生的残余应力超过高温下材料的抗拉强度,导致在交界处产生裂纹和开裂的熔池边缘,使残余应力被部分释放。本文研究了扫描策略对SLM成型件侧面残余应力分布及微观组织结构的影响。结果显示扫描策略对SLM成型件侧面的残余应力分布无显著影响。使用不同扫描策略成型的样品在侧面均呈现以熔池为基本单位的、相似的的微观组织结构,应力主要集中在熔池内部粗大柱状晶区域,在熔池边缘附近存在不均匀的应力分布。本文研究了TiB2/AlSi10Mg复合材料中TiB2颗粒对SLM成型件表面残余应力分布的影响。结果表明SLM成型TiB2/Al Si10Mg复合材料样品中残余应力总体小于SLM成型Al Si10Mg合金样品中的残余应力,但呈现出相似的残余应力分布趋势。TiB2/Al Si10Mg复合材料与Al Si10Mg合金相近的高温拉伸性能导致SLM成型TiB2/Al Si10Mg复合材料样品中的残余应力最大值远低于其在室温下的屈服强度,与SLM成型Al Si10Mg合金样品中的残余应力最大值相近。
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