激光快速成形金屬零件力學(xué)行為研究.pdf

1、激光快速成形技術(shù)是近十年來迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)先進(jìn)實(shí)體自由成形技術(shù),該技術(shù)綜合快速原型技術(shù)與激光熔覆技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),能夠?qū)崿F(xiàn)高性能致密金屬零件的直接近終成形,應(yīng)用前景十分廣闊.目前該技術(shù)研究尚處于實(shí)驗(yàn)階段,存在許多基礎(chǔ)問題亟待解決,該文從實(shí)驗(yàn)角度對激光快速成形金屬零件的開裂行為、殘余應(yīng)力分布特性及力學(xué)性能進(jìn)行了研究.采用微觀測試分析方法對激光快速成形過程熔覆層裂紋的形成機(jī)理及影響因素進(jìn)行研究.研究表明:對鎳基自熔合金,熔覆層開裂屬于冷裂紋范疇

2、,是熔覆合金低延性及熔覆層內(nèi)應(yīng)力雙重作用的結(jié)果;對316L不銹鋼合金,熔覆層開裂屬于熱裂紋范疇,是熔覆合金在凝固時晶界處的殘余液相受熔覆層拉伸應(yīng)力作用所導(dǎo)致的液膜分離的結(jié)果.兩種開裂都說明激光快速成形過程受熱不均勻所引起的拉伸應(yīng)力是產(chǎn)生熔覆裂紋的外在原因.采用小孔釋放法研究激光快速成形薄板的二維殘余應(yīng)力分布.結(jié)果發(fā)現(xiàn)作用在成形件上的主要?dú)堄鄳?yīng)力為平行于激光掃描方向的殘余應(yīng)力σ<,y>,以拉應(yīng)力為主;而垂直激光掃描方向的殘余應(yīng)力σ<,z>

3、作用相對較小.具體表現(xiàn)為:對Ni20合金,在有限熔覆高度內(nèi),隨著熔覆層的增加,σ<,y>開始由靠近基材處的壓應(yīng)力向拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變,并且拉應(yīng)力數(shù)值逐漸增大,表明隨激光能量的不斷輸入,殘余應(yīng)力積累效應(yīng)增大;σ<,z>基本表現(xiàn)為拉應(yīng)力,數(shù)值相對較小,隨著熔覆層的增加,拉應(yīng)力數(shù)值逐漸減小,有改變?yōu)閴簯?yīng)力的趨勢.對316L不銹鋼合金,σ<,y>和σ<,z>在整個熔覆高度上以拉應(yīng)力作用為主.開始熔覆階段,由于殘余應(yīng)力的不斷積累,σ<,y>在靠近基材一側(cè)

4、表現(xiàn)為較大的拉應(yīng)力,當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的熔覆高度后,隨著熔覆層的進(jìn)一步增加,σ<,y>開始有所回落,逐漸趨于穩(wěn)定,保持較低的拉應(yīng)力狀態(tài);σ<,z>數(shù)值在整個熔覆高度上相對較小,隨著熔覆層的增加,拉應(yīng)力數(shù)值逐漸減小,有改變?yōu)閴簯?yīng)力的趨勢.在裂紋和殘余應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上,研究激光快速成形件的力學(xué)性能.對激光快速成形沉積態(tài)試樣進(jìn)行室溫拉伸性能測試,結(jié)果顯示在沒有消除殘余拉應(yīng)力的情況下,Ni20和316L不銹鋼激光快速成形件的強(qiáng)度與塑性已經(jīng)接近甚至超過同