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三校联合顶刊丨激光增材制造Ti-6Al-4V的微观结构演变和性能增强机制

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增材制造(AM)是一种快速原型制造技术,在复杂形状组件制造方面表现十分出色。其中,基于送丝的电弧增材制造(WAAM)具有沉积效率和原料经济成本方面的优势。然而,由于高热输入和电弧的作用,导致熔池通常处于失控状态,从而影响了沉积层表面质量。       

与WAAM相比,送丝激光增材制造(WLAM)在工作时间、位置和能量的精确控制方面具有优势。通过调整适用的处理参数,如激光功率、丝材供给速度、扫描速度、高度增量和搭接率,以及适当的热处理方法,可以进行有效沉积,并实现柱状晶到等轴晶的转变(CET)。然而,制造样品内部仍存在缺陷,例如内孔。为了优化沉积质量,作者比较了三种增材制造方法:电弧增材制造WAAM,激光-电弧复合增材制造LHAM和激光摆丝增材制造O-WLAM,并提出了使用摆动激光来改善质量的新思路。        
通过激光摆动引起的熔池强烈搅拌效应,使得晶粒更加细化,结晶形态也发生了变化,同时孔隙得到了抑制。此外,表面粗糙度和加工余量也得到了改善。因此,摆动激光在改善WLAM的冶金和显微结构缺陷方面起到了关键作用。        
该研究探讨了Ti–6Al–4V的O-WLAM的不同摆动路径(线型、圆型、八字型)下的实验结果。确定了在无摆动情况下的最佳激光功率、送丝速度和沉积速度的组合,并选择了最佳的激光摆动过程参数,用于三种摆动形式的增材。同时,研究了摆动振幅和频率对O-WLAM过程中沉积外观和显微结构演变的影响,探讨了激光摆动路径、摆动参数和显微结构演变之间的关系。此外,还阐述了晶粒取向转变和缺陷消除的机制。        
这项研究成果发表在期刊《Journal of Materials Research and Technology》上,题为《Microstructural evolution and performance improvement mechanism of Ti–6Al–4V fabricated by oscillating-wire laser additive manufacturing》。        

图1. O-WLAM增材制造系统

图2. O-WLAM过程熔池中激光摆动模拟示意

图3. O-WLAM不同摆动形式下单道柱状晶粒宽度比较

图4. O-WLAM制备试样的TEM图像和相应的电子衍射图

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.04.261            

来源:增材制造硕博联盟
航空航天冶金电子增材控制
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首次发布时间:2023-08-14
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