H13鋼的選擇性激光熔化制備及殘余應力分析.pdf

1、選擇性激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）是最具發(fā)展?jié)摿Φ脑霾闹圃欤ˋdditive Manufacturing,AM）技術之一。其原理基于成形過程的離散與堆積，在高能激光束的作用下，逐點、逐線、逐面完成三維實體的成形。它具有生產周期短、材料利用率高、成本低，成形件致密度高、晶粒細小、組織均勻，成形不受零件形狀限制等優(yōu)點。但在其成形過程中，由于粉體的熔化、凝固和隨后的冷卻都是在非常短的時間內完成的，冷卻速率

2、較大，并且在熔池附近產生較大的溫度梯度，會導致在最終的成形件中存在較大殘余應力，而殘余應力的存在對制件的使用有著很大的危害。
　　基于此，本文首先研究了SLM成形H13鋼的工藝，確立了其最優(yōu)成形工藝，并對致密度較高的試樣進行了表征分析，同時與傳統(tǒng)方法成形的試樣進行了比較。然后利用X射線衍射法測量SLM成形H13鋼中的殘余應力，并從微觀組織入手進行解釋。最后進行退火去應力試驗，分析SLM成形H13鋼在不同退火工藝下的殘余應力及力學性

3、能變化情況，確定最優(yōu)的退火去應力工藝。
　　研究結果表明：
　　通過SLM制備出了接近全致密的H13鋼。當激光功率為225W、掃描速度320mm/s、鋪粉層厚50μm，掃描間距100μm時，致密度最高，為98.2％。當激光能量密度較小時，會產生顆粒未熔、大尺寸球化等缺陷；若激光能量密度過大，則會產生小尺寸球化、變形等缺陷。SLM成形H13鋼的微觀組織中主要是鐵素體、馬氏體和殘余奧氏體，組織均勻致密，等向性良好，晶粒尺寸約為1

4、~2μm，碳化物細小且分布均勻。H13鋼的硬度較高（約為57.4HRC），彈性模量為219.6Gpa，屈服強度為1180MPa，拉伸強度為1581Mpa，延伸率為6.8%。屈服強度和拉伸強度基本與鍛態(tài)相當，延伸率低于鍛態(tài)，但硬度和彈性模量明顯高于鍛態(tài)。
　　SLM成形H13鋼中存在較大的殘余應力（約為864MPa），產生原因從宏觀來說是由于是由于成形過程中熔池附近存在較大的溫度梯度及冷卻速率過大，從微觀上來說是由于試樣中存在馬氏體

5、和殘余奧氏體等亞穩(wěn)相。此外，H13鋼中α基體富含Mo和V而致使晶格結構發(fā)生畸變也是產生殘余應力的重要原因。
　　通過退火工藝可以在一定程度上消除或減少殘余應力。當退火溫度為650℃，退火保溫時間為4h時，殘余應力能夠消除92%左右，此時硬度仍可高達50.7HRC，抗拉強度為1742MPa，屈服強度為1463MPa，延伸率為11.2%，彈性模量為215.8MPa。SLM成形H13鋼的紅硬性較傳統(tǒng)加工方法提升約50℃，力學性能高是由于