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316L不锈钢和In718高温合金是重要的金属材料,在航空航天、军工、汽车等工业领域有着广泛的应用。随着科技的不断进步,单一材料(316L或In718)组成的结构已经无法满足使用要求,功能性的316L-In718双金属结构能实现同一零件不同区域对应不同工况,成为现代工业领域的迫切需求。本课题通过选区激光熔化(SLM)技术实现316L-In718双金属结构的整体分块打印成形,首先进行结构件的功能性轻量化设计,然后根据同一零件不同部位的性能需求将316L和In718分区域烧结成形,即在基板上完成316L打印之后,在316L成形试样上再进行In718打印成形,从而获得一体化的功能性双金属结构件,最后通过激光冲击强化和热处理工艺消除SLM成形过程中产生的残余拉应力,调控微观组织,从而提高成形件的整体质量和力学性能。研究内容如下:(1)通过正交实验及致密度检测探索了SLM成形316L和In718的最优工艺参数。正交试验中316L最好致密度为99.91%,最差为98.77%,最好致密度对应的最优工艺参数为激光功率265W,扫描速度910mm/s,填充间距0.1mm;In718最好致密度为99.9%,最差为99.5%,最好致密度对应的最优工艺参数:激光功率285W,扫描速度960mm/s,填充间距0.11mm。致密度好的微观形貌中的空洞小而浅,致密度差的微观形貌中存在很多大而深的空洞,是由于工艺参数的不匹配导致金属粉末过烧或未熔。(2)进行了Inspire仿真分析及试验验证,研究了点阵结构对SLM成形316L和In718力学性能的影响。压缩容易在45°倾斜连接杆结构处发生拉应力断裂,若上下面受力位置有偏差,易在中间位置发生剪切断裂;拉伸容易在竖直连杆处发生拉伸断裂。弯曲容易在从中心到两端固定约束这一段发生破坏断裂;剪切容易在从中心固定约束到两端受力点的这一段发生破坏断裂。316L点阵结构在拉伸、压缩、弯曲、剪切试验中所受的最大力分别为6.62kN、9.14kN、7.6kN、21.2kN,In718点阵结构在拉伸、压缩、弯曲、剪切试验中所受的最大力分别为32.3kN、42.98kN、34.73kN、94.85kN,试验验证发现点阵结构比实体结构力学性能降低20%左右,由于点阵结构的缓冲作用,韧性变好,断裂位置与仿真结果一致。(3)研究了激光冲击和热处理工艺对SLM成形316L-In718双金属结构的微观组织及显微硬度影响机理。激光冲击能够细化晶粒,在316L-In718熔合线处熔道相对平滑,组织发生明显的位移,组织渗透钉结现象淡化;热处理使组织形核重新形成和长大,316L耐蚀性变的更好,In718试样晶间大量强化相析出,固溶加双时效处理之后析出的δ相在晶界扎钉,抑制晶粒粗化。此外,未处理、激光冲击、热处理和热处理加激光冲击四种状态的硬度值如下:316L试样平均硬度值分别为250HV、285HV、225HV和270HV,激光冲击后提高了14%,热处理后降低了10%;In718试样平均硬度值分别为333HV、360HV、503HV和520HV,激光冲击后提高了8.1%,热处理后提高了51.1%;316L-In718熔合线处硬度值介于二者之间,分别为280HV、316HV、355HV和378HV。(4)研究了激光冲击和热处理工艺对SLM成形316L-In718双金属结构的力学性能及断口形貌影响机理。SLM成形316L试样在XY和Z成形方向上激光冲击后抗拉强度分别提升了8.6%和9.4%,XY方向上延伸率提高5.8%,Z方向上延伸率延伸率降低18.5%;热处理后抗拉强度分别降低了2.6%和2.8%,延伸率提高15.5%和20.8%,未处理试样Z方向比XY方向抗拉强度降低15.2%;XY方向上断口形貌均为韧性断裂,Z方向上未处理和激光冲击后的断口形貌为介于韧性断裂和脆性断裂之间的复合断裂,热处理后为韧性断裂。In718试样在XY和Z成形方向上激光冲击后的抗拉强度分别提升17.2%和12.8%,延伸率分别提高12.4%和6%;热处理后的抗拉强度分别提高了50.1%和41.1%,延伸率分别降低48.2%和42.7%,未处理的抗拉强度Z方向比XY方向降低了2.5%,断口形貌均为韧性断裂。以上数据表明316L和In718试样的抗拉强度XY方向均优于Z方向,316L-In718试样仅研究XY成形方向上抗拉强度的变化,激光冲击提升了抗拉强度的10.4%,延伸率提高31.5%,热处理降低了3.3%的抗拉强度,延伸率提高11.5%,未处理试样的断口形貌为解理断裂,热处理试样为介于韧性断裂和脆性断裂之间的复合断裂。综上所述,本课题的研究为激光冲击和热处理对SLM成形316L-In718双金属结构组织及力学性能的影响机理提供了可供参考的理论基础与试验依据。