ZL114A鋁合金粉末的選區(qū)激光熔化成形工藝研究.pdf

1、學校代碼：10406分類號：TG146.2 學號：150308520105南昌航空大學 南昌航空大學碩 士 學 位 論 文（專業(yè)學位研究生）ZL114A 鋁合金粉末的選區(qū)激光熔化 鋁合金粉末的選區(qū)激光熔化成形工藝研究 成形工藝研究碩士研究生 碩士研究生：肖波導 師：徐志鋒 教授申請學位級別 申請學位級別：碩 士學科、專業(yè) 學科、專業(yè)：機械工程所在單位 所在單位：航空制造工程學院答辯日期 答辯日期：2017 年 12 月授予學位單位 授予

2、學位單位：南昌航空大學I摘要 摘要ZL114A 合金是鑄造中非常重要和應用廣泛的鋁合金材料之一。航空航天領域的許多復雜關鍵件大都采用的是 ZL114A 合金構件，其中有一類結構復雜、壁厚差大，不同部位的力學性能要求高的零件，采用傳統的鑄、鍛等材料加工成形困難。而選區(qū)激光熔化成形（SLM）技術可根據零件的三維數模，直接快速成形形狀任意復雜且高性能的構件。目前鋁合金在 SLM 成形過程中因易氧化、流動性差、較高的激光反射率和熱導率等問題，導

3、致鋁合金相比鈦合金、合金鋼等金屬的 SLM 成形更為困難。 本文探索性地進行了 ZL114A 鋁合金粉末的 SLM 成形工藝研究，著重研究了激光功率、掃描速度、掃描間距和鋪粉厚度等工藝參數對ZL114A 鋁合金粉末的 SLM 成形試樣的致密度、顯微組織和力學性能的影響規(guī)律， 另外， 從綜合 SLM 各工藝參數的能量密度角度對 SLM 成形試樣組織和性能的影響進行深入分析，并初步探討了其作用機理。得到了以下主要結論：獲得了 ZL114A

4、合金粉末的 SLM 成形的最優(yōu)成形工藝區(qū)域，在激光功率為450W、掃描速度為 1000～2500mm/s、掃描間距為 0.09mm、鋪粉厚度為 0.05mm時，其致密度達到 99.3％以上。在單工藝參數研究的基礎上，進行了激光能量密度的工藝實驗，采用 SLM成形了水平、 豎直方向擺放的 ZL114A 合金試樣， 并進行了拉伸試驗。 結果表明，當能量密度為 100J/mm3 時， 水平擺放下 ZL114A 合金的 SLM 成形試樣的抗拉強

5、度、屈服強度達到最大，分別為 400Mpa、241.7Mpa，延伸率為 5.7％；而此時豎直方向上試樣抗拉強度、 屈服強度分別為 317.9Mpa、 165.3Mpa， 延伸率為 5.9％，表現出明顯的各向異性。研究還發(fā)現， 等能量密度條件下， ZL114A 合金粉末 SLM 成形件的力學性能是不相等的。與 ZL114A 合金鑄態(tài)的顯微組織相比， SLM 成形的 ZL114A 合金試樣顯微組織晶粒細小，其 Si 相呈棒狀、細小均勻地分布

6、在 Al 基體中，并將 Al 基體分割成一個個“島狀”，這極大地提升了試樣的力學性能。重熔易導致 ZL114A 合金顯微組織粗大， 這是因為粉末在高能激光束的作用下， 短時間被多次熔化并凝固，此時熱量積聚， 溫度升高， 克服了晶格畸變再結晶， 晶粒進一步長大。 與 ZL114A合金粉末相比，SLM 成形 ZL114A 合金試樣的物相基本無變化，主要由 Al 和 Si兩部分組成，未發(fā)現 Mg2Si 相，有可能是 ZL114A 合金粉末中的