关键词：选择性激光熔化;316L不锈钢;力学性能;有限元
摘 要：选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术是一种从点成线、线成面、面成体的快速成型过程,能够逐层堆积成型任意复杂形状金属零件。因SLM成型过程中成型方式的不同,导致SLM成型零件力学性能存在不均匀性。本文通过SLM沿高度和水平方向分别打印不同成型角度的316L不锈钢成型件,利用熔道形貌、拉伸实验、断口形貌等手段研究不同成型角度的成型件的力学性能,探究SLM成型零件性能的不均匀性大小,并研究热处理工艺对SLM成型零件力学性能的改善。主要成果如下:(1)通过拉伸实验、断口分析等手段研究成型角度对SLM成型件力学性能的影响。实验表明,沿水平方向成型性能均匀性差。70°的成型件抗拉强度最大,40°的成型件抗拉强度最小,分别为524 MPa和308 MPa。沿高度方向的成型件整体性能相对提高,随着成型角度的增加,其抗拉强度和屈服强度整体呈先上升后缓慢下降的趋势,存在明显的方向性。60°的成型件抗拉强度最大有733 MPa,10°的成型件抗拉强度和延伸率最小,分别为474 MPa和7.56%。90°的成型件延伸率最大有25.48%。不同成型角度的断口虽然都属于脆性断裂,但沿晶断裂区域和纤维状区域的分布不同,且韧窝尺寸大小不一。(2)研究热处理工艺对成型件的力学性能不均匀性的改善方法。退火处理后不同成型角度的性能不均匀性并未完全消除,但30°~60°的成型件的抗拉强度较为接近,平均抗拉强度达到334 MPa,延伸率达到17.9%。60°~90°的成型件强度是380 MPa,延伸率为14.01%。先固溶后时效处理后,性能的一致性得到改善,30°~60°的成型件平均抗拉强度达到311 MPa,延伸率达到20.48%,60°~90°的成型件拉伸强度降至408 MPa,延伸率增到33.51%。(3)针对不同方向上SLM成型件性能的差异,研究了摆放角度对SLM成型零件性能影响。以SLM成型的赝复体支架为应用案例,采用材料参数分区赋值,利用有限元分析方法研究了支架在不同成型姿态下的形变差异。结果表明:相比于斜放成型的支架,平放成型的支架所受的应力增加了2%;在相同的载荷作用下,平放成型的大连接体的最大形变是2.637 mm,比斜放的变形增大了52.6%。零件应尽量选择较大倾斜角度的摆放方式进行SLM成型,同时,结合仿真校核零件性能,对零件结构做设计调整。
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