激光增材制造冶金综述:不锈钢、镍高温合金和钛合金(2)(Inconel 725(UNS N07725)Alloy 725镍基合金板/棒材

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1、激光增材制造冶金综述：不锈钢，镍高温合金和钛合金(2)

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

激光增材制造冶金综述：不锈钢，镍高温合金和钛合金(2)

参考文献：J，Alcisto，A，Enriquez，H，Garcia，S，Hinkson。

T，Steelman，E.Silverman，et al.，Tensile properties and mi，J Mater Eng Perform，20 (2) (2011)。

pp，在过去的几年里，与传统技术相比，203-212，LAM它在组件制造方面有很多优点，成为人们关注的焦点。

但是，主要是因为能源、设计、材料和几何形状的控制得到了加强，LAM在这个过程中仍然存在许多具有挑战性的问题LMAM各种物理现象、流体流动、马兰戈尼流动、传导和辐射将出现在技术制造的零件制造过程中。

在这些现象中，影响尺寸精度或在残余应力中起作用的现象被认为是相变、球形、卷曲、传热、传质、固结等。

基于此，为了实现更高的产品质量，传热固结、残余应力、分层、滚珠、孔隙率和阶梯效应.五、激光金属制造（LMAM）在技术冶金现象中，建筑室内的氧气会导致熔池氧化，表面氧化物的存在会降低材料的湿度，提高扫描速度或从更佳参数降低激光功率会导致较小的熔化。

这意味着熔池与基板之间的界面较小，会导致不适当的润湿和熔体流动，导致球效应。除了优化工艺参数外，再熔化扫描轨迹还有助于通过再熔化球控制现状，从而在界面中达到更合适的润湿性。.1，LAM编织演变和微观结构发展的过程。

来源：A review on metallurgi，nickel superalloys，and titanium alloys，Journal of Materials Rese，LAM更有可能的技术困难之一是气体或未熔合。

熔合气孔的主要原因是粉末/线材熔化不足。这种孔通常形状不规则，大部分在这个层的平面上被拉长。多孔性是粉末/金属丝进料方案中截留的气体或加工材料，尤其是制造过程中截留在粉末或金属丝中时，如图7所示a这些孔通常是球形的，可以出现在任何位置。

适用于17-4PH不锈钢的气体孔隙率通常小于缺乏聚变引起的孔隙率。 示意图显示AM图12预制件中楼梯踏步效果 EBSD结果显示了S316L奥氏体不锈钢在，（b）逆极点图（IPF）和（c）任何偏离更佳工艺参数的极点图都可能导致制造零件的孔隙。

扫描速度和激光功率越高，制备过程中气孔率越大，如图7所示b、c除激光功率和扫描速度外，舱口间距是影响材料熔合的另一个关键因素，从而影响材料的孔隙率。

增加舱口间距会导致扫描轨迹间重叠不足，导致固结不足和零件孔隙度增加。激光功率被认为是影响样品孔隙率的更重要因素PBF在技术上，由于气体的蒸发，光束路径附近的粉末会被去除，导致材料不足，导致间隙小，零件出现微观缺陷。

3.1.二、微结构，五种增材制造钛合金板：TC4（a）、TC11（b，凝固机制对加工材料的微结构和织造有重要影响，同样，微结构直接控制制造零件的性能。

激光沿一条路径熔化材料，形成熔池。当激光交换到另一点时，熔池迅速冻结。熔池的冷却速度取决于基板的扫描速度、激光功率和初始温度。由于激光功率的增，随后扫描速度降低。

导致线性热输入较高，导致熔池体积增加，通过材料固结达到较低的冷却水平。由于焊缝熔核的长期存在，前一层或基体可以熔化，可以通过减少散热器基板中的热量来抑制。

图8 不同激光水平速度下的单轨沉积表明316L不锈，因为织构对LAM零件的机械材料起着关键作用，研究加工条件和织造的相关性已成为研究人员的首要任务。当制造参数发生变化时，给定设计和尺寸的响应可能在纹理上有显著差异，热输入对热梯度的巨大影响将极大地影响制造部件的一致性，本部分将分别讨论PBF和DED这个问题的方法。

在LAM在这个过程中，装配部件通常会经历一个复杂的热循环。在这个过程中，粉末/金属丝吸收光束的能量，并将其转化为热量，从而迅速将温度高到熔点以上。

在LAM在这个过程中，装配部件通常会经历一个复杂的热循环。在这个过程中，粉末/金属丝吸收光束的能量，并将其转化为热量，从而迅速将温度高到熔点以上。

当热源移动到另一个点时，凝固迅速发生，重复这个过程，直到整个体积被制造出来，所有层都经历了类似的热循环。

由于这些循环，制造的零件包括从一层到另一层的不平衡和亚稳态相，这使得准确预测微结构具有挑战性LAM基于金属材料的逐层熔化和固化，固化结构有两个强烈的控制参数，如图14所示。

这两个关键参数是基于凝固速度（R）和温度梯度（G），它们主要受激光功率的影响（P）、横向速度（v）、激光束，图13 EBSD结果显示了LAM沉积后S410L马，（b）逆极点图（IPF）和（c）考虑到晶粒的生长模式，基于每层成核所需的高驱动力，每层更大热梯度不太可能匹配。

另一种模式表明，枝晶垂直排列在相邻层上，当扫描轨迹放置在所有轨迹的相同方向时，报告方向(图11a），第三种更有可能的模式表明晶粒排列和扫描方向之间存在45°角。

如图11所示，这使得上层的一次枝晶能够延伸到上层的二次枝晶，新沉积层水平线为45°每层更高热流路径角偏离15°(见图11)本文重点介绍了不锈钢、镍基、高温合金、钛基合金、金属基复合材等各种先进高适用材料的微观应用，以及不同预处理和后处理特性的影响。

本文是江苏激光联盟的第二部分：，3.1.1.基于材料的加工条件和物理性能，特别是表面张力的冶金过程，可能导致零件孔隙率和表面不规则增加。

同时，由于表面粗糙度过大，PBF图8显示了激光沉积单轨后316L不，扫描速度会显著影响冷却速度。该参数可以将产品的微结构从粗微结构改为细微结构，其中快速冷却速度促进等轴微结构。

改变工艺参数会显著影响冷却速度。当形成更精细的结构时，通常可以提供更有利的微结构和性能，如Xia对随机填充粉床的瞬态中尺度模型的研究表明，在高扫描速度下，熔池寿命短，熔池速度和深度明显降低。

如上图所示，随着扫描速度的提高，孔隙率从冶金孔隙率转为开放孔隙率，AM如图9所示，技术中的逐层积累过程会导致阶梯式后果，对产品的表面光洁度产生负面影响。

这种现象主要出现在建筑方向的弯曲几何形状或表面上，与建筑趋势形成一定角度。加工过程中的层厚会显著影响这种现象，直接影响表面光洁度。较高的层厚会导致试样表面光洁度差。选择合适的沉积方向和工艺参数是控制这种效果的关键原因。.1.1.2，DED系统中的纹理。

激光增材制造金属部件(以下简称此处)LMAM）它非常高，这是由于基于层的材料沉积导致了一些独特的现象，其中一些还没有完全解释，这也可能对预制结构的机械和功能产品产生重大影子，理解这些现象（从相变到制造部件的残余应力），因此，简要回顾LMAM各种现象的细节及其制造，图 10 基于PBF纹理在沉积过程中生长。

此外，在此过程中，沉积材料的晶粒以晶体容易生长的方向生长，这源于衬底中晶粒的方向。在制造零件的外延晶粒生长过程中，基板充当晶粒生长的种子，使柱状晶粒沿热流的反向路径通过层生长。 通过（a）单向和（b）显示双向扫描策略In。

图6 宏观图像显示（a）LAM M2.由于这些过程中存在热梯度，上层的高温会导致上层的热膨胀，如果诱导应力超过上层的屈服强度，热膨胀会被下面以前的固化层抵抗。

塑性变形可能发生。如果残余应力局部超过材料的极限拉伸应力，可能导致产品变形，甚至裂纹萌生和分层，如图6所示，适用于M2高速和304L不锈钢，在DED光束扫描策略的不断变化会导致样品，直线扫描会产生纤维纹理成分。

在一些扫描策略中，晶粒的生长方向可能与热梯度不同，图14 根据凝固速度（R）和温度梯度（G）值得注意的是，两个轴上的刻度是典型的，稳定区域可能会因加工金属/合金而发生很大变化。

2.八、残余孔隙度，在LAM在这个过程中，沿光束轨道的熔融材料倾向于通过表面收缩来减少其表面，这导致了球化效应。控制这种现象更有影响力的参数是氧含量、扫描间隔和激度2.9。

球效应，基于熔化层的热收缩，后一种机制可能会导致开裂，而基底对这种收缩的阻力会导致熔化层中的拉伸应力和基底，控制热梯度是为了减少这种热应力，减少制造部件中的裂纹数量，b），此外。

预热基板会导致较低的热梯度和冷却速率，因为它也会减少晶格应变或变形，熔化层不是减少裂纹和分层的希望，因为新层有利于产品的晶体结构和变形，因此之前的热循环会在更后一层重复新的残余应力，前沿生长形式的凝固可能会有所不同，从平面到柱、树枝。

更后是等轴。基于与这些比率的相关性，激光材料的加工参数可以在平面生长区域内控制，甚至可以根据LAM沉积技术制造单晶3D然而，组件通常如图14所示。

位于黄色区域内的黄色区域LAM可定义工艺参数LAM在曲线中画出一条红线，称为柱状到等轴转换（CET）边界显示了这一重要变化的临界情况。值得一提的是，温度梯度和凝固速度的交叉积产生冷却速率。

这..7.由于残余应力、分层和开裂，LAM残余应力通常是制造零件中的一个问题，残余应力也可能导致零件分层和开裂。因此，为了在产品中实现更高的质量和密度。

残余应力水平必须控制，图 7（a） LAM沉积件17-4PH120不锈钢内孔 W恒定激光功率下，（b）360和（c）1560 mm/s多孔制造两种不同的激光Ti–6Al–4V钛合金材料有不同的形状。

在这些系统中，经常报告建筑方向(或Z轴)上的纹理增长，粗柱晶粒的方向是建筑方向，而不是假设前沿凝固，颗粒生成 长到超过层大小的尺寸。

　　这意味着它们通过多层，由于扫描策略从后向前移动，并在连续层中进行多次旋转，因此构建方向是晶粒生长的**方向，这种定向晶粒生长