激光粉末床聚变：技术、材料、性能和缺陷以及数值模拟的最新综述（4）

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长三角G60激光联盟导读
这篇综述主要解释了LPBF工艺的基本原理、几个相互关联参数的科学和技术进展、原料材料、生产性能/缺陷，以及数值模拟的见解，以虚拟地理解工艺行为。本文为第三部分。
5.1.1.工艺参数对微观结构的影响
Cherry等人报告， LPBF工艺参数的影响显著影响316L不锈钢零件的微观结构和物理性能。材料硬度在125 J/mm3的225 HV达到峰值，并与孔隙率成比例，较高的孔隙率导致较低的材料硬度。从低激光能量密度下的小球特征到高激光能量密度时的小球和大小球特征的混合，发现了几种导致凸面图案的颗粒聚结类型。总孔隙率受激光能量密度的影响。 Song等人研究了工艺参数对选择性激光熔化Ti6Al4V的微观结构和机械性能的影响。以110W的激光功率和0.4m/s的扫描速度进行选择性激光熔化，对应于连续熔化机制，可以产生具有高显微硬度和光滑表面的优异Ti6Al4V零件。密度非常大，可以与大块Ti6Al4V合金密度相比较。 Bang等人研究了激光能量密度对采用LPBF技术制造的不锈钢316L（SUS316L）零件的微观结构、机械性能和化学成分的影响。随着能量密度的增加，拉伸特性随着晶粒膨胀而下降，加速溶解提高了轻元素浓度。

不同工艺参数产生的单轨（顶部）和横截面Ti6Al4V零件（底部）的OM显微照片：（a）120 W ， 0.2 m/s ，（b）110 W ， 0 0.4 m/s ，和（c）110 W、1.2 m/s 。
随着轻元素浓度的增加，硬度增加，破坏行为从韧性断裂转变为脆性断裂。由于使用LPBF制造铝合金的困难，许多铝合金在机械特性和微观结构方面尚未被广泛研究。研究了激光功率、阴影间距和扫描速度对LPBF生产的铝2024合金（AA2024）的机械性能和显微组织性能的影响。结果表明，几乎无裂纹的结构具有高相对密度（99.9%）和阿基米德密度（99.7%）。
5.1.2.热处理对微观结构的影响
生产后热处理方法在细化零件微观结构和改善其机械性能方面非常重要。在钛合金中，热处理工艺、退火或热等静压处理（HIP）、热机械加工的主要目的是将α′马氏体晶粒转变为α+β晶粒。退火和HIP是最常用的工艺，因为它们在发出完全致密的零件时对齐。已经指出，这两种工艺在钛合金的情况下实现了其目标。考虑到此类热处理工艺，零件的最终微观结构受温度、热循环和停留时间之间的关系影响。
5.1.1.1.温度的影响
LPBF生产的零件的微观结构在决定其机械性能方面具有重要意义。微观结构由不同层之间的界面能、动力学和热力学因素（如局部应力和润湿性）定义。温度对微结构的形成有相当大的影响。已经进行了各种研究以了解温度对合金特性的影响。对于钛合金，有人认为，在非常高的温度下退火得到的结果具有优异的延展性和断裂韧性。 Wu等人研究了温度对Ti64的影响。温度范围设定为300-1020℃ 。在600℃以下，建筑结构几乎没有变化。在750℃至990℃之间，针状结构开始退化。超过1000℃时，原始β晶粒完全转变为等轴β晶粒。类似地，在另一个使用Ti64的实验中，随着温度的升高， β晶粒的体积增加（图23）。在热处理之前，很容易观察到先前的β晶粒，但在热处理之后，先前的β被转化并且不再可见。这显示了晶粒结构的广泛增长。在另一项研究中也发现了类似的结果。

图23 热处理时LPBF构建的Ti64的微观结构。（a）（b）在亚透热处理后，以及（c）和（d）在超透热处理之后。

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