供稿人:張曉宇 李滌塵 發(fā)布日期：2018-07-14
選區(qū)激光熔化技術(shù)和電弧增材制造技術(shù)是目前金屬增材制造領(lǐng)域的兩種主流技術(shù)，分別用于小型高精復(fù)雜件和大型準(zhǔn)精件的制造。選區(qū)激光熔化技術(shù)目前可制造高表面質(zhì)量、高致密度、高力學(xué)性能的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，然而其高費(fèi)用、低成形率以及小尺寸規(guī)模的特點(diǎn)限制了該技術(shù)的應(yīng)用。而電弧增材制造技術(shù)具備高沉積率的特點(diǎn)，但電弧增材制造技術(shù)成形件精度低、表面質(zhì)量低，只適用于大型低精度件的制造。將兩種技術(shù)進(jìn)行復(fù)合，將是解決制造高精度大型金屬件的關(guān)鍵之一，其力學(xué)性能的優(yōu)劣是主要衡量標(biāo)準(zhǔn)。
圖一 復(fù)合制造試樣晶粒示意圖
北京理工大學(xué)Xuezhi Shi等人將兩種技術(shù)進(jìn)行復(fù)合，對(duì)復(fù)合制造下的鈦合金力學(xué)性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)采用選區(qū)激光熔化技術(shù)進(jìn)行基板的制造，隨后在基板上采用電弧增材制造技術(shù)進(jìn)行制造，分別從平行和垂直打印方向取拉伸試樣，檢測(cè)了復(fù)合件的力學(xué)性能和并觀察了其組織結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示用復(fù)合制造的鈦合金樣件包括三個(gè)典型的區(qū)域：選區(qū)激光熔化區(qū)域，電弧增材制造區(qū)域和界面層。選區(qū)激光熔化區(qū)主要為細(xì)小晶粒，在3mm界面層處由于反復(fù)加熱過程變得粗大，并在電弧增材制造區(qū)繼續(xù)生長為粗大晶粒。在結(jié)合層處由良好的冶金結(jié)合強(qiáng)度，無論是垂直還是平行復(fù)合制造試樣方向，在拉伸試驗(yàn)中斷裂均發(fā)生在電弧增材制造區(qū)域。垂直于復(fù)合制造試樣的平均屈服強(qiáng)度和極限抗拉強(qiáng)度為850MPa和906MPa。相比較下，平行于復(fù)合制造試樣表現(xiàn)出略高的抗拉強(qiáng)度，平均屈服強(qiáng)度和極限抗拉強(qiáng)度分別為890MPa和995MPa。各個(gè)方向的延伸率均超過10%，滿足工程應(yīng)用的條件。
圖二 復(fù)合試樣拉伸曲線圖
該研究展示了一種復(fù)合制造的方式，并檢測(cè)了其力學(xué)性能，為以后面向高沉積率的大型高精度金屬件的增材制造方式提供了新的可能。