铝、钛合金导弹结构件SLM成形关键工艺研究

摘要

SLM（SelectiveLaserMelting，即激光选区熔化成形）技术是一种广泛用于金属加工的增材制造方法，该技术对所加工结构敏感性低、可实现传统加工手段无法成形的结构，特别适应新型导弹结构件的研发制造。　　工艺参数对可成形性及致密度的影响规律及制件典型缺陷的解决措施是SLM成形导弹结构件的两项关键工艺问题，但现有的研究针对性较差，模型简化程度高，需要开展更有针对性的研究。　　以典型导弹结构件用铝、钛合金（AlSi10Mg和Ti6Al4V）的SLM成形工艺为研究对象，利用实验辅以数值模拟的方法获得了SLM温度场分布特征、关键工艺参数对可成形性及致密度的影响规律、典型缺陷的成因及解决措施。　　结果表明：激光产生的热积累及大温度梯度是温度场的主要热效应模式。工艺参数的变化直接影响热输入量从而影响温度场平均峰值温度及单道烧结线熔宽最终影响了SLM的可成形性，当激光功率上升、扫描速度下降时全场平均峰值温度及单道烧结线熔宽上升，当激光功率下降、扫描速度上升时全场平均峰值温度及单道烧结线熔宽下降，当光束半径上升时，全场平均峰值温度下降，但激光辐照面积增加，单道烧结线熔宽上升，当光束半径下降时，全场平均峰值温度上升，但激光辐照面积下降，单道烧结线熔宽下降。　　AlSi10Mg与Ti6Al4V的SLM制件的体能量密度对致密度的影响趋势相近，呈“先增后减”的趋势，但增幅不明显，体能量密度对AlSi10Mg致密度的影响大于对Ti6Al4V的影响。在相同的能量密度条件下，AlSi10Mg更易熔化，但Ti6Al4V拥有更宽的高致密度成形工艺窗口。AlSi10Mg与Ti6Al4V的高致密度SLM制件微观组织分别呈分布致密的胞状晶体及细针状α＇相。其综合力学性能优于铸态，与加工时效态近似。　　AlSi10Mg的SLM典型缺陷呈“球化”现象，缺陷成因为铝合金的激光吸收率低、导热系数大。采取精确控制工艺参数等手段可减少缺陷。Ti6Al4V的SLM典型缺陷呈气孔及裂纹，气孔成因为富氧粉体中氧原子在熔池中析出，凝固时来不及逸出残留在制件内。裂纹呈冷裂纹，其成因为热应力过大导致的延迟开裂。控制成形氛围可减少气孔，降低热应力有助于减少裂纹。

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