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激光/等离子定向能量沉积316L不锈钢成型尺寸及力学性能的对比

秦文韬  杨永强  翁昌威  韩昌骏  
【摘要】:作为当前最热门的增材制造技术之一,定向能量沉积可以实现大尺寸零件的高效成型。激光和电弧是定向能量沉积系统中最常用的热源,但它们在能量输入、能量分布以及与材料的作用机制等方面都存在差异。为此,本文对比了激光和等离子定向能量沉积316L不锈钢单道和薄壁件在尺寸、显微组织、力学性能方面的差异,以揭示两种工艺成型零件的差异。结果表明,在所选的工艺窗口内,激光在冷基板上沉积首层的结合效果要好于等离子。等离子定向能量沉积和激光定向能量沉积的工艺参数对单道尺寸的影响程度不同:在等离子定向能量沉积过程中,电流对层宽的影响最大,然后依次为送粉量和扫描速度,送粉量对层高的影响最大,之后依次是电流和扫描速度;在激光定向能量沉积过程中,扫描速度对层宽的影响最大,然后依次是送粉量和激光功率,送粉量对层高的影响最大,之后依次为扫描速度和激光功率。拉伸试验和显微硬度的测试结果表明:等离子定向能量沉积样件与激光定向能量沉积样件的力学性能相近,激光成型试样的抗拉强度可达593 MPa,等离子成型试样的抗拉强度可达570 MPa;但两者的显微组织存在较大差别,等离子成型试样中以定向生长的细长柱状晶为主,而激光成型试样中的柱状晶较短,不同区域的柱状晶生长方向各异。

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