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激光直接快速成形金属零件的机理及工艺研究

杨毅  
【摘要】:激光直接快速成形技术是近十年来迅速发展起来的一项先进实体自由成形技术,该技术综合快速原型技术与激光熔覆技术的优点,能够实现高性能致密金属零件的直接近终成形。它通过激光熔化同步送粉咀输送的金属粉末,在基材上逐步熔化堆积而形成金属零件。和传统的制造方法相比,该项技术具有几个突出的优点:周期短、生产成本低、市场响应快,并且制造的零件具有优越的综合性能,还可以利用不同材料制造具有梯度功能的零件等。该技术作为一项非常有应用前景的先进制造技术,存在许多基础问题亟待解决。本文对激光直接快速成形技术进行了初步研究。主要内容如下: 论文首先论述了激光直接快速成形技术的原理、特点及存在的一些重要问题,综述了国内外研究发展的现状,阐述了激光熔池中的对流机制,对成形过程中的温度场进行了计算和模拟。 其次,详细探讨双组元金属粉末的激光烧结成形机理。实际上它基本沿用了传统液相烧结机理。包括三个阶段:激光照射下作联结用的低熔点金属先熔化;熔化金属流动;润湿高熔点的结构金属并形成联结。 第三,从单道、多层、多道搭接几方面进行激光烧结DZ—Ni60AA粉末成形的工艺研究。激光成形工艺参数对烧结层的宏观形貌、微观组织及涂层性能有极大的影响,利用正交设计法,设计合理工艺参数组合。发现在激光成形工艺参数为P=1.4Kw、V=3.5mm/s、G=70r/min的条件下,所得到烧结层表面光滑致密、组织细小均匀、稀释率小、硬度高且与基体实现了良好的冶金结合。烧结层中不同部位的凝固特征参数不同,形成的组织也不同。然后对多道搭接烧结进行了研究,从理论上推导出搭接系数的确定方法。多道搭接烧结组织呈现出一种周期性的变化,各单道烧结层的组织特征基本相同,但枝晶的尺寸和取向不尽相同。因为激光烧结的二次作用,搭接处的组织重新形核并长大,组织较其他地方细小。 最后,分析了成形件缺陷的产生原因及其防止措施,主要包括裂纹、球化效应和翘曲变形。


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