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1、激光增材制造冶金綜述：不銹鋼，鎳高溫合金和鈦合金(2)

2、Inconel 725(UNS N07725)Alloy 725鎳基合金板/棒材

激光增材制造冶金綜述：不銹鋼，鎳高溫合金和鈦合金(2)

參考文獻(xiàn)：J，Alcisto，A，Enriquez，H，Garcia，S，Hinkson。

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pp，在過(guò)去的幾年里，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，203-212，LAM它在組件制造方面有很多優(yōu)點(diǎn)，成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

但是，主要是因?yàn)槟茉础⒃O(shè)計(jì)、材料和幾何形狀的控制得到了加強(qiáng)，LAM在這個(gè)過(guò)程中仍然存在許多具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題LMAM各種物理現(xiàn)象、流體流動(dòng)、馬蘭戈尼流動(dòng)、傳導(dǎo)和輻射將出現(xiàn)在技術(shù)制造的零件制造過(guò)程中。

在這些現(xiàn)象中，影響尺寸精度或在殘余應(yīng)力中起作用的現(xiàn)象被認(rèn)為是相變、球形、卷曲、傳熱、傳質(zhì)、固結(jié)等。

基于此，為了實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)品質(zhì)量，傳熱固結(jié)、殘余應(yīng)力、分層、滾珠、孔隙率和階梯效應(yīng).五、激光金屬制造（LMAM）在技術(shù)冶金現(xiàn)象中，建筑室內(nèi)的氧氣會(huì)導(dǎo)致熔池氧化，表面氧化物的存在會(huì)降低材料的濕度，提高掃描速度或從更佳參數(shù)降低激光功率會(huì)導(dǎo)致較小的熔化。

這意味著熔池與基板之間的界面較小，會(huì)導(dǎo)致不適當(dāng)?shù)臐?rùn)濕和熔體流動(dòng)，導(dǎo)致球效應(yīng)。除了優(yōu)化工藝參數(shù)外，再熔化掃描軌跡還有助于通過(guò)再熔化球控制現(xiàn)狀，從而在界面中達(dá)到更合適的潤(rùn)濕性。.1，LAM編織演變和微觀結(jié)構(gòu)發(fā)展的過(guò)程。

來(lái)源：A review on metallurgi，nickel superalloys，and titanium alloys，Journal of Materials Rese，LAM更有可能的技術(shù)困難之一是氣體或未熔合。

熔合氣孔的主要原因是粉末/線材熔化不足。這種孔通常形狀不規(guī)則，大部分在這個(gè)層的平面上被拉長(zhǎng)。多孔性是粉末/金屬絲進(jìn)料方案中截留的氣體或加工材料，尤其是制造過(guò)程中截留在粉末或金屬絲中時(shí)，如圖7所示a這些孔通常是球形的，可以出現(xiàn)在任何位置。

適用于17-4PH不銹鋼的氣體孔隙率通常小于缺乏聚變引起的孔隙率。 示意圖顯示AM圖12預(yù)制件中樓梯踏步效果 EBSD結(jié)果顯示了S316L奧氏體不銹鋼在，（b）逆極點(diǎn)圖（IPF）和（c）任何偏離更佳工藝參數(shù)的極點(diǎn)圖都可能導(dǎo)致制造零件的孔隙。

掃描速度和激光功率越高，制備過(guò)程中氣孔率越大，如圖7所示b、c除激光功率和掃描速度外，艙口間距是影響材料熔合的另一個(gè)關(guān)鍵因素，從而影響材料的孔隙率。

增加艙口間距會(huì)導(dǎo)致掃描軌跡間重疊不足，導(dǎo)致固結(jié)不足和零件孔隙度增加。激光功率被認(rèn)為是影響樣品孔隙率的更重要因素PBF在技術(shù)上，由于氣體的蒸發(fā)，光束路徑附近的粉末會(huì)被去除，導(dǎo)致材料不足，導(dǎo)致間隙小，零件出現(xiàn)微觀缺陷。

3.1.二、微結(jié)構(gòu)，五種增材制造鈦合金板：TC4（a）、TC11（b，凝固機(jī)制對(duì)加工材料的微結(jié)構(gòu)和織造有重要影響，同樣，微結(jié)構(gòu)直接控制制造零件的性能。

激光沿一條路徑熔化材料，形成熔池。當(dāng)激光交換到另一點(diǎn)時(shí)，熔池迅速凍結(jié)。熔池的冷卻速度取決于基板的掃描速度、激光功率和初始溫度。由于激光功率的增，隨后掃描速度降低。

導(dǎo)致線性熱輸入較高，導(dǎo)致熔池體積增加，通過(guò)材料固結(jié)達(dá)到較低的冷卻水平。由于焊縫熔核的長(zhǎng)期存在，前一層或基體可以熔化，可以通過(guò)減少散熱器基板中的熱量來(lái)抑制。

圖8 不同激光水平速度下的單軌沉積表明316L不銹，因?yàn)榭棙?gòu)對(duì)LAM零件的機(jī)械材料起著關(guān)鍵作用，研究加工條件和織造的相關(guān)性已成為研究人員的首要任務(wù)。當(dāng)制造參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，給定設(shè)計(jì)和尺寸的響應(yīng)可能在紋理上有顯著差異，熱輸入對(duì)熱梯度的巨大影響將極大地影響制造部件的一致性，本部分將分別討論P(yáng)BF和DED這個(gè)問(wèn)題的方法。

在LAM在這個(gè)過(guò)程中，裝配部件通常會(huì)經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜的熱循環(huán)。在這個(gè)過(guò)程中，粉末/金屬絲吸收光束的能量，并將其轉(zhuǎn)化為熱量，從而迅速將溫度高到熔點(diǎn)以上。

在LAM在這個(gè)過(guò)程中，裝配部件通常會(huì)經(jīng)歷一個(gè)復(fù)雜的熱循環(huán)。在這個(gè)過(guò)程中，粉末/金屬絲吸收光束的能量，并將其轉(zhuǎn)化為熱量，從而迅速將溫度高到熔點(diǎn)以上。

當(dāng)熱源移動(dòng)到另一個(gè)點(diǎn)時(shí)，凝固迅速發(fā)生，重復(fù)這個(gè)過(guò)程，直到整個(gè)體積被制造出來(lái)，所有層都經(jīng)歷了類(lèi)似的熱循環(huán)。

由于這些循環(huán)，制造的零件包括從一層到另一層的不平衡和亞穩(wěn)態(tài)相，這使得準(zhǔn)確預(yù)測(cè)微結(jié)構(gòu)具有挑戰(zhàn)性LAM基于金屬材料的逐層熔化和固化，固化結(jié)構(gòu)有兩個(gè)強(qiáng)烈的控制參數(shù)，如圖14所示。

這兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是基于凝固速度（R）和溫度梯度（G），它們主要受激光功率的影響（P）、橫向速度（v）、激光束，圖13 EBSD結(jié)果顯示了LAM沉積后S410L馬，（b）逆極點(diǎn)圖（IPF）和（c）考慮到晶粒的生長(zhǎng)模式，基于每層成核所需的高驅(qū)動(dòng)力，每層更大熱梯度不太可能匹配。

另一種模式表明，枝晶垂直排列在相鄰層上，當(dāng)掃描軌跡放置在所有軌跡的相同方向時(shí)，報(bào)告方向(圖11a），第三種更有可能的模式表明晶粒排列和掃描方向之間存在45°角。

如圖11所示，這使得上層的一次枝晶能夠延伸到上層的二次枝晶，新沉積層水平線為45°每層更高熱流路徑角偏離15°(見(jiàn)圖11)本文重點(diǎn)介紹了不銹鋼、鎳基、高溫合金、鈦基合金、金屬基復(fù)合材等各種先進(jìn)高適用材料的微觀應(yīng)用，以及不同預(yù)處理和后處理特性的影響。

本文是江蘇激光聯(lián)盟的第二部分：，3.1.1.基于材料的加工條件和物理性能，特別是表面張力的冶金過(guò)程，可能導(dǎo)致零件孔隙率和表面不規(guī)則增加。

同時(shí)，由于表面粗糙度過(guò)大，PBF圖8顯示了激光沉積單軌后316L不，掃描速度會(huì)顯著影響冷卻速度。該參數(shù)可以將產(chǎn)品的微結(jié)構(gòu)從粗微結(jié)構(gòu)改為細(xì)微結(jié)構(gòu)，其中快速冷卻速度促進(jìn)等軸微結(jié)構(gòu)。

改變工藝參數(shù)會(huì)顯著影響冷卻速度。當(dāng)形成更精細(xì)的結(jié)構(gòu)時(shí)，通常可以提供更有利的微結(jié)構(gòu)和性能，如Xia對(duì)隨機(jī)填充粉床的瞬態(tài)中尺度模型的研究表明，在高掃描速度下，熔池壽命短，熔池速度和深度明顯降低。

如上圖所示，隨著掃描速度的提高，孔隙率從冶金孔隙率轉(zhuǎn)為開(kāi)放孔隙率，AM如圖9所示，技術(shù)中的逐層積累過(guò)程會(huì)導(dǎo)致階梯式后果，對(duì)產(chǎn)品的表面光潔度產(chǎn)生負(fù)面影響。

這種現(xiàn)象主要出現(xiàn)在建筑方向的彎曲幾何形狀或表面上，與建筑趨勢(shì)形成一定角度。加工過(guò)程中的層厚會(huì)顯著影響這種現(xiàn)象，直接影響表面光潔度。較高的層厚會(huì)導(dǎo)致試樣表面光潔度差。選擇合適的沉積方向和工藝參數(shù)是控制這種效果的關(guān)鍵原因。.1.1.2，DED系統(tǒng)中的紋理。

激光增材制造金屬部件(以下簡(jiǎn)稱(chēng)此處)LMAM）它非常高，這是由于基于層的材料沉積導(dǎo)致了一些獨(dú)特的現(xiàn)象，其中一些還沒(méi)有完全解釋?zhuān)@也可能對(duì)預(yù)制結(jié)構(gòu)的機(jī)械和功能產(chǎn)品產(chǎn)生重大影子，理解這些現(xiàn)象（從相變到制造部件的殘余應(yīng)力），因此，簡(jiǎn)要回顧LMAM各種現(xiàn)象的細(xì)節(jié)及其制造，圖 10 基于PBF紋理在沉積過(guò)程中生長(zhǎng)。

此外，在此過(guò)程中，沉積材料的晶粒以晶體容易生長(zhǎng)的方向生長(zhǎng)，這源于襯底中晶粒的方向。在制造零件的外延晶粒生長(zhǎng)過(guò)程中，基板充當(dāng)晶粒生長(zhǎng)的種子，使柱狀晶粒沿?zé)崃鞯姆聪蚵窂酵ㄟ^(guò)層生長(zhǎng)。 通過(guò)（a）單向和（b）顯示雙向掃描策略In。

圖6 宏觀圖像顯示（a）LAM M2.由于這些過(guò)程中存在熱梯度，上層的高溫會(huì)導(dǎo)致上層的熱膨脹，如果誘導(dǎo)應(yīng)力超過(guò)上層的屈服強(qiáng)度，熱膨脹會(huì)被下面以前的固化層抵抗。

塑性變形可能發(fā)生。如果殘余應(yīng)力局部超過(guò)材料的極限拉伸應(yīng)力，可能導(dǎo)致產(chǎn)品變形，甚至裂紋萌生和分層，如圖6所示，適用于M2高速和304L不銹鋼，在DED光束掃描策略的不斷變化會(huì)導(dǎo)致樣品，直線掃描會(huì)產(chǎn)生纖維紋理成分。

在一些掃描策略中，晶粒的生長(zhǎng)方向可能與熱梯度不同，圖14 根據(jù)凝固速度（R）和溫度梯度（G）值得注意的是，兩個(gè)軸上的刻度是典型的，穩(wěn)定區(qū)域可能會(huì)因加工金屬/合金而發(fā)生很大變化。

2.八、殘余孔隙度，在LAM在這個(gè)過(guò)程中，沿光束軌道的熔融材料傾向于通過(guò)表面收縮來(lái)減少其表面，這導(dǎo)致了球化效應(yīng)。控制這種現(xiàn)象更有影響力的參數(shù)是氧含量、掃描間隔和激度2.9。

球效應(yīng)，基于熔化層的熱收縮，后一種機(jī)制可能會(huì)導(dǎo)致開(kāi)裂，而基底對(duì)這種收縮的阻力會(huì)導(dǎo)致熔化層中的拉伸應(yīng)力和基底，控制熱梯度是為了減少這種熱應(yīng)力，減少制造部件中的裂紋數(shù)量，b），此外。

預(yù)熱基板會(huì)導(dǎo)致較低的熱梯度和冷卻速率，因?yàn)樗矔?huì)減少晶格應(yīng)變或變形，熔化層不是減少裂紋和分層的希望，因?yàn)樾聦佑欣诋a(chǎn)品的晶體結(jié)構(gòu)和變形，因此之前的熱循環(huán)會(huì)在更后一層重復(fù)新的殘余應(yīng)力，前沿生長(zhǎng)形式的凝固可能會(huì)有所不同，從平面到柱、樹(shù)枝。

更后是等軸。基于與這些比率的相關(guān)性，激光材料的加工參數(shù)可以在平面生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)控制，甚至可以根據(jù)LAM沉積技術(shù)制造單晶3D然而，組件通常如圖14所示。

位于黃色區(qū)域內(nèi)的黃色區(qū)域LAM可定義工藝參數(shù)LAM在曲線中畫(huà)出一條紅線，稱(chēng)為柱狀到等軸轉(zhuǎn)換（CET）邊界顯示了這一重要變化的臨界情況。值得一提的是，溫度梯度和凝固速度的交叉積產(chǎn)生冷卻速率。

這..7.由于殘余應(yīng)力、分層和開(kāi)裂，LAM殘余應(yīng)力通常是制造零件中的一個(gè)問(wèn)題，殘余應(yīng)力也可能導(dǎo)致零件分層和開(kāi)裂。因此，為了在產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)更高的質(zhì)量和密度。

殘余應(yīng)力水平必須控制，圖 7（a） LAM沉積件17-4PH120不銹鋼內(nèi)孔 W恒定激光功率下，（b）360和（c）1560 mm/s多孔制造兩種不同的激光Ti–6Al–4V鈦合金材料有不同的形狀。

在這些系統(tǒng)中，經(jīng)常報(bào)告建筑方向(或Z軸)上的紋理增長(zhǎng)，粗柱晶粒的方向是建筑方向，而不是假設(shè)前沿凝固，顆粒生成 長(zhǎng)到超過(guò)層大小的尺寸。

　　這意味著它們通過(guò)多層，由于掃描策略從后向前移動(dòng)，并在連續(xù)層中進(jìn)行多次旋轉(zhuǎn)，因此構(gòu)建方向是晶粒生長(zhǎng)的**方向，這種定向晶粒生長(zhǎng)