激光能量密度对选区激光熔化Ti-6Al-4V合金表面质量影响机理的实验研究

摘要

通过改变SLM成型工艺参数获得不同的激光能量密度(LED),研究了成形样品的表面形貌、表面质量和微观组织并分析了扫描速度、扫描线间距和激光功率对表面质量的影响,确定了表面质量的最佳LED范围。结果表明,在较低LED时,样品表面出现气孔和球化现象,而样品侧面存在层状结构。在较高LED时,飞溅现象加剧且样品表面出现裂纹,同时大量未熔化的粉末粘附在样品的侧面。LED在150~170 J/mm^(3)范围内得到的表面质量最好。目前优选的扫描线间距为0.05~0.09 mm,激光功率为200~350 W,平均表面粗糙度值为(15.1±3)μm,平均表面硬度达到HV404±HV3,高于锻造标准范围HV340~HV395。在实验范围内增加LED可以增加表面硬度,但过高的LED不会进一步增加表面硬度。试样微观组织主要由长约20μm的针状α’相组成,呈N形。当LED较低时,β相晶界不明显,次生相体积分数较高;当LED较高时,微观组织的α’相呈粗板条状,次生相由少量二次α’相组成,三次α’相和四次α’相消失,次生相体积分数变低。