鈦合金粉末的流動(dòng)性及激光選區(qū)熔化成型研究.pdf

1、粉末材料的激光選區(qū)熔化技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。粉末材料流動(dòng)性的好壞對(duì)成型件的質(zhì)量有至關(guān)重要的影響，對(duì)粉末材料的流動(dòng)性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并研究其流動(dòng)性影響因素對(duì)于激光選區(qū)熔化用粉末的選取具有較大意義。另外，激光選區(qū)熔化成型過(guò)程中影響因素較多，其中工藝參數(shù)是極為重要的因素。通過(guò)改變成型過(guò)程中工藝參數(shù)并研究其對(duì)激光選區(qū)熔化基本成型過(guò)程的影響是十分必要的。
　　本文首先通過(guò)對(duì)5種不同顆粒形貌及粒徑的TC4(Ti6Al4V)粉末進(jìn)行流動(dòng)性

2、測(cè)試，分析了粉末樣品本身性質(zhì)對(duì)其流動(dòng)性的影響。討論了對(duì)激光選區(qū)熔化過(guò)程影響較大的粉末流動(dòng)性指標(biāo)，為選擇合適的粉末材料提供了理論依據(jù)。隨后利用Renishaw商業(yè)TC4粉末及AM250激光選區(qū)熔化設(shè)備結(jié)合不同的成型參數(shù)進(jìn)行了單道成型、單層成型、塊體成型以及激光表面重熔研究。
　　研究結(jié)果表明：粉末的粒度和顆粒形狀對(duì)粉末的流動(dòng)性有較大的影響。粒度分布較為均勻的球形粉末其壓縮性和流動(dòng)能較低，粉體內(nèi)部的結(jié)合力較小，較容易流動(dòng)且流動(dòng)穩(wěn)定性較

3、好。這對(duì)于打印用粉末的存儲(chǔ)，運(yùn)輸以及打印時(shí)粉末從料斗中流出有至關(guān)重要的作用。剪切測(cè)試較好的反映了粉末材料從料斗中流出時(shí)的狀態(tài)，即在重力的作用下下面粉末受到一定正應(yīng)力作用，流出時(shí)粉體發(fā)生剪切行為。流動(dòng)函數(shù)可以較好的表征粉體屈服應(yīng)力以及粉體自身結(jié)合強(qiáng)度的關(guān)系。流動(dòng)函數(shù)值越大粉末顆粒結(jié)合性越差，粉末的流動(dòng)性越好。粉末床打印中可以利用流動(dòng)函數(shù)對(duì)所用粉末的流動(dòng)性進(jìn)行量化，完成粉末的初步篩選。
　　選區(qū)激光熔化實(shí)驗(yàn)中，選擇較大的激光功率以及適

4、當(dāng)?shù)狞c(diǎn)曝光時(shí)間可以保證熔道成型較為均勻。在單熔道成型質(zhì)量良好的條件下選擇較小的掃描間距可以得到表面質(zhì)量較好的單層試樣，隨著掃描間距增大，單層成型樣品的表面粗糙度Ra隨之增加。其表面型貌由相對(duì)平整變?yōu)槿鄣乐g無(wú)搭接。在保證成型質(zhì)量的前提下選擇150μm掃描間距成型試樣可以提高成型效率。塊體成型時(shí)在能量密度較低時(shí)，隨著能量密度的增加，樣品的致密度隨之增加；當(dāng)能量密度過(guò)大時(shí)會(huì)使樣品密度降低，且在多層成型時(shí)增加了這一現(xiàn)象的累積。對(duì)試樣橫截面以及

5、縱截面進(jìn)行顯微組織分析得出試樣內(nèi)部分布有大量的前β晶，晶內(nèi)組織為馬氏體。由于多次成型過(guò)程中后一層的加熱對(duì)已成型的層有循環(huán)熱處理作用，產(chǎn)生了部分α+β組織。顯微硬度結(jié)果可以看出試樣總體硬度高于鑄件。
　　表面重熔處理可以明顯降低試樣表面粗糙度，但隨著重熔次數(shù)的增加，無(wú)法消除試樣表面粉末粘附現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)噴砂處理可以去除樣品表面粘附的粉末顆粒，改善樣品表面質(zhì)量，但噴砂后樣品表面粗糙度依然沒(méi)有達(dá)到較低值。表面重熔可以減少試樣表面熔道的不平整