激光快速成形金屬零件力學(xué)行為研究.pdf

1、激光快速成形技術(shù)是近十年來迅速發(fā)展起來的一項先進實體自由成形技術(shù),該技術(shù)綜合快速原型技術(shù)與激光熔覆技術(shù)的優(yōu)點,能夠?qū)崿F(xiàn)高性能致密金屬零件的直接近終成形,應(yīng)用前景十分廣闊.目前該技術(shù)研究尚處于實驗階段,存在許多基礎(chǔ)問題亟待解決,該文從實驗角度對激光快速成形金屬零件的開裂行為、殘余應(yīng)力分布特性及力學(xué)性能進行了研究.采用微觀測試分析方法對激光快速成形過程熔覆層裂紋的形成機理及影響因素進行研究.研究表明:對鎳基自熔合金,熔覆層開裂屬于冷裂紋范疇

2、,是熔覆合金低延性及熔覆層內(nèi)應(yīng)力雙重作用的結(jié)果;對316L不銹鋼合金,熔覆層開裂屬于熱裂紋范疇,是熔覆合金在凝固時晶界處的殘余液相受熔覆層拉伸應(yīng)力作用所導(dǎo)致的液膜分離的結(jié)果.兩種開裂都說明激光快速成形過程受熱不均勻所引起的拉伸應(yīng)力是產(chǎn)生熔覆裂紋的外在原因.采用小孔釋放法研究激光快速成形薄板的二維殘余應(yīng)力分布.結(jié)果發(fā)現(xiàn)作用在成形件上的主要殘余應(yīng)力為平行于激光掃描方向的殘余應(yīng)力σ<,y>,以拉應(yīng)力為主;而垂直激光掃描方向的殘余應(yīng)力σ<,z>

3、作用相對較小.具體表現(xiàn)為:對Ni20合金,在有限熔覆高度內(nèi),隨著熔覆層的增加,σ<,y>開始由靠近基材處的壓應(yīng)力向拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變,并且拉應(yīng)力數(shù)值逐漸增大,表明隨激光能量的不斷輸入,殘余應(yīng)力積累效應(yīng)增大;σ<,z>基本表現(xiàn)為拉應(yīng)力,數(shù)值相對較小,隨著熔覆層的增加,拉應(yīng)力數(shù)值逐漸減小,有改變?yōu)閴簯?yīng)力的趨勢.對316L不銹鋼合金,σ<,y>和σ<,z>在整個熔覆高度上以拉應(yīng)力作用為主.開始熔覆階段,由于殘余應(yīng)力的不斷積累,σ<,y>在靠近基材一側(cè)

4、表現(xiàn)為較大的拉應(yīng)力,當(dāng)?shù)竭_一定的熔覆高度后,隨著熔覆層的進一步增加,σ<,y>開始有所回落,逐漸趨于穩(wěn)定,保持較低的拉應(yīng)力狀態(tài);σ<,z>數(shù)值在整個熔覆高度上相對較小,隨著熔覆層的增加,拉應(yīng)力數(shù)值逐漸減小,有改變?yōu)閴簯?yīng)力的趨勢.在裂紋和殘余應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上,研究激光快速成形件的力學(xué)性能.對激光快速成形沉積態(tài)試樣進行室溫拉伸性能測試,結(jié)果顯示在沒有消除殘余拉應(yīng)力的情況下,Ni20和316L不銹鋼激光快速成形件的強度與塑性已經(jīng)接近甚至超過同