H13鋼的選擇性激光熔化制備及殘余應(yīng)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(shù)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(diǎn)、逐線、逐面完成三維實(shí)體的成形。它具有生產(chǎn)周期短、材料利用率高、成本低，成形件致密度高、晶粒細(xì)小、組織均勻，成形不受零件形狀限制等優(yōu)點(diǎn)。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(shí)間內(nèi)完成的，冷卻速率

2、較大，并且在熔池附近產(chǎn)生較大的溫度梯度，會(huì)導(dǎo)致在最終的成形件中存在較大殘余應(yīng)力，而殘余應(yīng)力的存在對(duì)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(duì)致密度較高的試樣進(jìn)行了表征分析，同時(shí)與傳統(tǒng)方法成形的試樣進(jìn)行了比較。然后利用X射線衍射法測(cè)量SLM成形H13鋼中的殘余應(yīng)力，并從微觀組織入手進(jìn)行解釋。最后進(jìn)行退火去應(yīng)力試驗(yàn)，分析SLM成形H13鋼在不同退火工藝下的殘余應(yīng)力及力學(xué)性

3、能變化情況，確定最優(yōu)的退火去應(yīng)力工藝。
　　研究結(jié)果表明：
　　通過SLM制備出了接近全致密的H13鋼。當(dāng)激光功率為225W、掃描速度320mm/s、鋪粉層厚50μm，掃描間距100μm時(shí)，致密度最高，為98.2％。當(dāng)激光能量密度較小時(shí)，會(huì)產(chǎn)生顆粒未熔、大尺寸球化等缺陷；若激光能量密度過大，則會(huì)產(chǎn)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(xì)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(qiáng)度為1180MPa，拉伸強(qiáng)度為1581Mpa，延伸率為6.8%。屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度基本與鍛態(tài)相當(dāng)，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(yīng)力（約為864MPa），產(chǎn)生原因從宏觀來(lái)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(lái)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(jié)構(gòu)發(fā)生畸變也是產(chǎn)生殘余應(yīng)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(yīng)力。當(dāng)退火溫度為650℃，退火保溫時(shí)間為4h時(shí)，殘余應(yīng)力能夠消除92%左右，此時(shí)硬度仍可高達(dá)50.7HRC，抗拉強(qiáng)度為1742MPa，屈服強(qiáng)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(xué)性能高是由于