激光參數(shù)對(duì)Ti-6Al-4V粉末SLM成形質(zhì)量的影響

官 杰，張文群

（海軍工程大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院，湖北 武漢 430033）

1 引言

隨著鈦合金激光增材制造技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，其在航空、汽車、軍工等制造業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注。目前用于鈦合金激光增材制造的技術(shù)主要有激光立體成型技術(shù)（LSF）和激光選區(qū)熔化技術(shù)（SLM）兩種［1］，如表1所示。可見SLM技術(shù)在成型件的復(fù)雜度、表面質(zhì)量等方面均具有很大優(yōu)勢(shì)，且后續(xù)不需加工，在多種重要精密的場(chǎng)合可獲得應(yīng)用。

表1 激光增材制造技術(shù)Tab.1 Laser Additive Manufacturing Technology

激光參數(shù)對(duì)金屬粉末SLM成形的質(zhì)量有重要影響。文獻(xiàn)［2］利用數(shù)值模擬的方法對(duì)SLM過程中熔池的尺寸、冷卻速率以及由單道到多道，由單層到多層的成形層幾何輪廓形狀進(jìn)行了預(yù)測(cè)。文獻(xiàn)［3］通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值方法相結(jié)合的方式研究了SLM過程中溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的演變過程。結(jié)果表明，較高的拉伸殘余應(yīng)力集中在熔覆層中，壓縮殘余應(yīng)力存在于基體中。文獻(xiàn)［4］利用ABAQUS建立SLM的熱力學(xué)模型，以熔池演變規(guī)律為切入點(diǎn)，對(duì)SLM成形的溫度場(chǎng)問題進(jìn)行了深入研究。文獻(xiàn)［5-7］對(duì)AlSi10Mg 粉末SLM成形的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，得出了溫度和應(yīng)力分布隨激光參數(shù)變化的規(guī)律。

上述學(xué)者主要研究了鎂鋁合金粉末、不銹鋼粉末等材料的SLM增材制造過程中，相關(guān)參數(shù)在溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)演變中的作用效果，但對(duì)于材料成形質(zhì)量和缺陷方面的研究較少。對(duì)于鈦合金粉末SLM成形，選擇合適的加工參數(shù)使得成形較好，不致出現(xiàn)翹曲、開裂等缺陷至關(guān)重要。這里選用鈦合金粉末Ti-6Al-4V進(jìn)行研究，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證下的仿真尋求較好的激光參數(shù)，并降低成本。……