易坊好文馆

  1. 首页 > 奇闻 >

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）( 四 )


5.2.4.疲劳
LPBF零件暴露于重复循环应力会导致零件疲劳 ， 这是最常见的故障之一 。 LPBFed零件的疲劳在很大程度上取决于是否存在任何气孔或裂纹 。 由于应力集中和承载能力降低 ， 层间孔隙的存在导致动态强度降低 。 Wang等人对LPBFed FeNiCu合金进行了研究 ， 以了解最终导致疲劳失效的裂纹萌生模式及其扩展 。 他们发现 ， 层间或表面上含有孔隙的区域是裂纹萌生点 。 研究还得出结论 ， 孔隙率是影响疲劳性能最显著的因素 。 为了改善LPBF零件的疲劳性能 ， 有必要消除工艺缺陷 ， 如气孔、氧化物形成和其他表面缺陷 。 较大尺寸、数量巨大且位于表面附近的孔隙 ， 疲劳强度极低 。 氧化物和部分熔化或未熔化的粉末颗粒也降低了疲劳强度 。 孔隙率和残余应力的存在使得理解后表面加工对零件的影响具有挑战性 。 然而 ， 有人指出 ， 机械加工有助于提高疲劳强度 。
Brandl等人研究了LPBF处理的AlSi10Mg ， 以了解温度、热处理、构建方向和疲劳性能的响应 。 观察到粉末的热处理和加热导致更好的微观结构发展和更少的裂纹萌生位置 。 这增加了延展性和抗疲劳性 。 然而 ， 建筑方向对疲劳性能的影响最小 。 粉末床的加热降低了冷却速率并导致更少的缺陷 ， 从而导致更好的疲劳性能 。 许多研究已经证实 ， 表面上或表面下的孔隙是裂纹萌生的主要原因 。 这是由于局部应力产生和表面形成的不连续性 。 图31和32显示了试样的裂纹萌生位置和强制断裂区域的SEM图像 。 图32（b）显示了未经过任何硬化过程且具有韧性断裂的样品 。 还指出 ， 峰值硬化样品具有与任何粉末床温度和构建方向无关的断裂行为周期 。

图31 LPBFed AlSi10Mg的表面 ， 粉末床温度为300℃ ， 构建方向为00 ， 峰值硬化 ， 显示（A）裂纹萌生位置和（B）强制断裂区域 。

图32 LPBFed AlSi10Mg的表面 ， 粉末床温度为300℃ ， 建造方向为00 ， 竣工显示（A）裂纹萌生位置和（B）强制断裂区域 。
在LPBF工艺中 ， 工艺参数的变化可以产生一组全新的特性 ， 如晶粒尺寸和形状、相组成和微观结构 ， 以生产定制零件 。 经历LPBF工艺的零件的热历史在很大程度上决定了微观结构特征 。 热循环可包括高加热和冷却速率、温度梯度、温度上升等 。 当激光器和材料之间的相互作用时间增加或使用非常高的激光能量密度时 ， 形成粗糙的微结构 。 结果是 ， 它产生过热的熔池和升高的表面温度 。 这也会导致更长的凝固时间 ， 并降低温度梯度和冷却速率 。 当调整参数以提供足够的激光能量密度时 ， 过热熔池的产生受到限制 ， 温度梯度产生更快的冷却速率 。 在这种工艺中制造出更精细的晶粒 。 但这些参数不倾向于更高的致密化 。 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 。
与传统方法制造的零件相比 ， LPBFed零件显示出优异的屈服强度 。 这是由于基本的LPBF工艺方法 ， 其中一次熔化非常少量的粉末 ， 暴露于快速凝固 ， 并在整个过程中提供更精细的微观结构 。 许多研究人员发现扫描间隔对样品硬度没有影响 。 LPBF零件具有良好的硬度 ， 因为该零件经历快速凝固 ， 从而产生精细的微观结构 。 此外 ， 延性通常是以拉伸强度为代价实现的 。 LPBF零件暴露于重复循环应力会导致零件疲劳 ， 这是最常见的故障之一 。 零件的疲劳寿命在很大程度上取决于不可避免缺陷的存在 ， 如裂纹和气孔 。
6.LPBF工艺缺陷
所有AM工艺 ， 包括LPBF工艺 ， 都是现代制造方式 。 这些方法有很多优点 ， 但也有挫折 。 LPBF也不例外 。 LPBF工艺的输出结果取决于各种相关参数 ， 这使得优化工艺具有挑战性 ， 并使零件易于出现缺陷 。 此外 ， 还需要做大量工作来克服所有缺陷 ， 并通过LPBF工艺生产无缺陷产品 。
6.1.成球
由于粉末床中存在松散粉末 ， LPBF制造零件表面的典型微观结构导致了成球 。 当液态熔融相材料被分解成微型球体以最小化表面能时 ， 这只是小颗粒的累积 。 另一个定义是 ， 当液态熔融金属与基材或基底金属接触不良时 ， 根据最小表面能原理 ， 由于表面张力 ， 液体被分解成小球 。 这个过程只不过是一个称为balling的缺陷 。 当提供低能量密度、低功率、大层厚度和高扫描速度时 ， 这些球形球体聚集在一起形成称为成球区域的大熔池 。 成球区域影响表面光洁度并使其变差 。 它还会在加工零件中产生许多气孔 ， 甚至可能损坏辊子 ， 影响下一层的分布 。

推荐阅读


上一篇：登月项目再次延期，折射国力走衰，美国却反污蔑中国“独占”月球

下一篇：你可能听说过大脑灰质，其实大脑白质也很重要