工艺参数对激光选区熔化316L不锈钢表面质量的影响

发布时间：2019-11-11 23:44

【摘要】：通过多因素实验法在316L不锈钢基体板上采用激光选区熔化技术(SLM)成型单道和单层的熔覆层。对打磨后的熔覆道在扫描电镜(SEM)下进行观察。调节扫描间距和扫描方式,使用定因素分析法,根据成型面质量,找出最合适的扫描间距和扫描方式。结果表明:在其他成型参数一定的条件下,适当增加激光功率能增加粉末能量摄入,减少制件表面缺陷。在扫描间距为0.07 mm时搭接率大小合适。扫描方式对成型制件的表面粗糙度和硬度都有一定影响,在确定其他成型参数后,采用跳转变向的加工方式能成型出较好质量、较大硬度的制件。制件表面球化现象主要因为熔融金属在较短的冷却时间内不能完全铺展开形成球状的颗粒,适当提高激光功率能有效减少球化颗粒的产生。
【图文】：

道宽,熔覆,扫描速度,基体板

壬柚?在70μm稍大于一个粉末颗粒的尺寸。铺粉厚度过大容易造成因为粉末未完全熔化引起的粉末球化降低制件质量；铺粉厚度太小粉末不容易铺展在基体板上，在烧结过程中容易引起基体板过烧粉末不够等现象，引起表面缺陷的产生。在确定铺粉厚度的情况下改变扫描速度、激光加工功率、扫描间距和扫描方式，通过工艺参数的优化可以获得球化颗粒、裂纹较少、表面平整粗糙度较小及整体质量较好的制件。激光光功率和扫描速度是对单熔道表面质量影响较大的因素。在不同扫描速度、不同功率的情况下熔覆道的宽度也不近相同，从图1可看出，在功率一定的情况下，随着扫描速度的增加，熔覆道宽度逐渐减校当功率一定时（98W），扫描速度较小（80mm/s）时，基体板和粉末能量摄入高熔化的金属粉末较多，引起粉末过熔片层状熔覆道不明显，熔融状图1不同扫描功率下的熔覆道宽度Fig.1Thewidthsofcladdingunderdifferentscanningpowers204060801001201401601401201008060熔覆道宽度/mm扫描速度/(mm·s-1)80W90W98WCSCrNiMoPSiMn0.0130.01317.7713.312.230.030.710.06表1316L粉末化学成分(质量分数，%)Tab.1Chemicalcompositionof316Lpowder(wt%)171

形貌,熔覆,扫描速度,功率

HotWorkingTechnology2017,Vol.46,No.20态粉末铺展能力增加，如图2（a）所示。扫描速度较小时粉末能量摄入过量，液体飞溅到边缘部位迅速冷却形成球化颗粒。当功率一定时(98W)，扫描速度较大（90mm/s）时生成的熔覆道中的未熔化粉末夹杂较多，能量摄入小，未熔化粉末和半熔化粉末相互夹杂，在边缘和基体板相接位置有严重的球化现象，如图2（b）所示。这主要是由于能量摄入过小，根据能量最小化原理自动缩成球状形成的球化颗粒。扫描速度过大时粉末吸收能量较少，部分粉末不能完全熔化，熔覆道产生明显的不连续现象。由于激光的光斑在扫描时是以热流密度输入的，光斑能量q服从高斯分布，有：q=2APπω2exp-2(x2+y2)ω2ωω（1）式中：A为粉体对激光的吸收率；P为激光功率；ω为光斑半径；x、y为距激光中心原点的坐标值。在扫描速度一定的情况下，激光功率越高，熔覆道越宽，激光功率提高使得单位时间内粉末摄入能量增加。激光功率越大，能量输入越多，熔池温度升高，粉末粘度降低，熔融金属液相量增加。功率过小时激光提供的能量不能使粉末完全熔化，使得粉末润湿性差、润湿角小，形成的熔池小，易引起球化夹杂等缺陷。随着功率的增加，粉末熔化彻底，熔融粉末润湿性增强，有利于粉末铺展使得熔池增大，，熔道宽度增加成型制件表面平整度，提高了质量。激光功率过大时，粉末摄入能量过多引起液体飞溅，使得熔池宽度增加，成型表面不平整，表面质量差。2.3搭接率对表面质量的影响搭接率是用来描述两条熔道之间连接程度的概念。为了制备表面质量优异的制件就要设定合适的搭接率，而搭接率又与扫描间距的设定密不可分。准=D-s/D（2）式中：准为搭接率，%；D为熔道宽度，mm；s为扫描间距，mm。在固定

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