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激光粉末床熔融技术成形铝合金缺陷研究

780 编辑：中冶有色网来源：马成燕, 陶双洋, 韩璐, 屠天涯, 杜英奇, 赵昕阳, 孙金娥

2024-04-25 15:59:47

激光粉末床熔融技术成形铝合金缺陷研究总结：摘要: 在过去二十年中，增材制造工艺已广泛应用于许多工业领域的复杂形状部件制造，其主要应用领域之一是航空航天业。激光粉末床熔融技术成形铝合金因其具有极高的强度–重量比以及出色的可加工性，在该领域广泛使用。然而，增材制造工艺对高强铝合金的适用性仍受到缺陷的限制。打印过程中铝合金形成的缺陷主要有球化、气孔、表面质量差、裂纹、几何变形等，这些缺陷严重影响了铝合金组织结构的均匀性与完整性，进而影响其综合力学性能。本文概括了粉末床熔融技术打印铝合金过程中缺陷形成的原因及影响。纲要：此外，LPBF技术特有的快速熔融冷却和反应重熔，极易使铝合金成形件内部产生较大的残余应力。1955年，美国Battelle研究所 [1] 研发的热等静压(HIP)技术经不断优化后，有效消除了LPBF成形铝合金所产生的残余应力，并改变缺陷局部的几何形状，从而延长了疲劳寿命；2011年，德国埃尔朗根–纽伦堡大学 [2] 研究采用LPBF技术对高强铝合金和自主开发的Al-Cu、Al-Zn粉体系合金成形的可行性，很有希望用于多层加工。以上研究表明，开发有效的加工技术、采用后热处理工艺或拓宽加工工艺窗口等在一定程度上可有效改善、避免LPBF成形铝合金球化、裂纹、孔隙、表面质量、几何变形等缺陷的形成，获得高度致密的铝合金，并优化其组织结构，协调提升其强度–塑性综合性能。Figure 1. Spheroidization and satellite ball defects in AlSi10Mg at a scanning speed of 750 mm/s图1. 扫描速度为750 mm/s时AlSi10Mg中的球化和卫星球缺陷具体地，当所采用的激光工艺参数不足以提供穿过粉层、熔化粉末的能量时，熔池底部周围仍存在松散的粉末颗粒，对熔池几乎没有约束力，熔池的形状仅有气液表面张力决定，熔滴会迅速收卷球化，因激光与粉层作用过程中激起的烟尘颗粒掉落至凝固区域附近，留在熔道或层间；或因激光加工参数不当引起的熔融不完全，导致熔道出现断裂、不规则，甚至出现扭曲，形成球化的金属液滴 [7]。另外，根据吉布斯自由能能量最低原理，当金属凝固缓慢时，长期处于液态的合金形成球形以降低表面张力。此外，还有一种高强度3D打印锻造铝合金材料采用了添加锆基成核剂的方式实现晶粒细化、消除裂

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