研究激光3D打印80Ni20Cr合金的層-層正交和層-層同向兩種不同層激光加工路徑打印的合金樣件微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。結(jié)果表明:合金樣件具有細(xì)小的等軸晶組織和柱狀晶組織,柱狀晶粒沿著激光加工路徑生長。合金樣件成分為Cr溶質(zhì)溶于Ni溶劑的固溶體,打印樣件密度與理論密度接近。層-層正交工藝打印合金樣件的孔隙率要低于層-層同向工藝打印合金樣件的,微觀硬度和拉伸性能也要優(yōu)于采用層-層同向工藝打印合金樣件的,其抗拉強(qiáng)度可達(dá)410 MPa,硬度可達(dá)406 HV0.2。
【部分圖文】：

第27卷第8期譚樹杰，等：激光3D打印80Ni20Cr合金的顯微組織及力學(xué)性能15731實驗本研究原材料采用純度為99.95%、平均粒徑50μm的Ni粉與純度為99.95%、平均粒徑50μm的Cr粉，基板采用普通不銹鋼基板。兩種粉末放入球磨罐中球磨3h，Ni粉與Cr粉質(zhì)量比為80:20，球磨轉(zhuǎn)速180r/min。激光3D打印采用TH2000F光纖激光機(jī)器人加工系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括：1)光纖激光器YLS2000；2)KUKA機(jī)器人；3)5軸聯(lián)動數(shù)控成形機(jī)；4)GTV雙筒送粉器。加工工藝參數(shù)如表1所列，不同層向激光加工路徑如圖1所示，打印過程及合金樣件如圖2所示。本研究采用阿基米德排水法測試樣1和2的密度，試樣經(jīng)過石蠟密封后放入水中測量。采用Quanta200FEG場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)觀察合金樣件的微結(jié)構(gòu)和斷口形貌，采用D8型X射線衍射儀對樣件進(jìn)行衍射分析，采用維氏硬度測試儀和萬能試驗機(jī)測量樣件的微觀硬度和拉伸性能。測量密度時，先對試樣進(jìn)行表面清潔，再使用精度為0.1mg的分析天平稱量，并計算密度和孔隙率。掃描電鏡觀察樣件從試樣1的表面和側(cè)面分別切取，鑲嵌后打磨拋光，采用王水腐蝕，腐蝕時間為30s；XRD測試樣從試樣1上切取，經(jīng)打磨拋光后放入衍射儀中測試分析。維氏硬度測量時，分別從試樣1和2上切取一小塊樣品，表面打磨拋光后進(jìn)行測試實驗，測量樣品上表面的硬度，測試壓力為1.96N，保壓時間10s，每個樣品測量3次，取其平均值作為測試結(jié)果。拉伸樣件尺寸如圖3所示，拉伸試樣分別從試樣1和2中切割得到，切割方向為沿著激光掃描方向，拉伸試驗在室溫下進(jìn)行，拉伸速度為0.01mm/s,樣件被拉斷后，使用場發(fā)射掃描電鏡觀察斷口的微觀形貌。表1激光3D打印工藝參數(shù)Table1Parametersinlaser3DprintingprocessP/WDiameter/mmScanningspeed/(mm·s1)LayernumberLayer

1574中國有色金屬學(xué)報2017年8月圖3拉伸試樣尺寸Fig.3Tensilespecimensize(Unit:mm)2結(jié)果與討論2.1密度和微結(jié)構(gòu)2.1.1密度對不同層向激光3D打印的80Ni20Cr合金樣件密度進(jìn)行了分析發(fā)現(xiàn)，激光3D打印的80Ni20Cr合金的密度與理論密度接近，致密度較好。計算出層層正交打印的合金樣件孔隙率為2.3%，層層同向打印的合金樣件孔隙率為4.7%。因此，采用層層正交打印的合金樣件密度要大于層層同向打印的合金樣件，孔隙較少，具有更好的致密性。2.1.2顯微組織圖4所示為層層正交激光3D打印80Ni20Cr合金樣件的FE-SEM像。從圖4中可以看出，合金樣件中主要分布著柱狀晶粒。圖4(a)所示為合金試樣上表面的FE-SEM像。從圖4(a)中可以看出，合金樣件表面的柱狀晶粒主要沿著激光掃描路徑方向分布。圖4(b)所示為80Ni20Cr合金的側(cè)面FE-SEM像，圖4(c)和(d)所示分別為圖4(b)中A區(qū)域和B區(qū)域的高倍照片。從圖4(b)~(d)中可以看出，樣件底部有細(xì)小的片狀晶粒，隨著沉積高度的增加，晶粒由底部的片狀逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢�。激�?D打印過程是一個快速加熱和快速冷卻的過程，在金屬粉末進(jìn)入熔池時，熔池中的高溫金屬液快速冷卻，產(chǎn)生足夠大的過冷度，瞬時形成大量晶核，而且這些晶核沒有充分的時間長大，最終形成大量細(xì)小的晶粒。由于面心立方晶系晶體在與{100}面垂直的100方向長大速度最快，在激光3D圖4層層正交打印80Ni20Cr合金FE-SEM像Fig.4FE-SEMimagesof80Ni20Cralloycomponentproducedbylaser3Dprintingwithlayer-layerorthogonaldirection:(a)Topview;(b)Sideview;(c)HighmagnificationofzoneA;(d)HighmagnificationofzoneB

1574中國有色金屬學(xué)報2017年8月圖3拉伸試樣尺寸Fig.3Tensilespecimensize(Unit:mm)2結(jié)果與討論2.1密度和微結(jié)構(gòu)2.1.1密度對不同層向激光3D打印的80Ni20Cr合金樣件密度進(jìn)行了分析發(fā)現(xiàn)，激光3D打印的80Ni20Cr合金的密度與理論密度接近，致密度較好。計算出層層正交打印的合金樣件孔隙率為2.3%，層層同向打印的合金樣件孔隙率為4.7%。因此，采用層層正交打印的合金樣件密度要大于層層同向打印的合金樣件，孔隙較少，具有更好的致密性。2.1.2顯微組織圖4所示為層層正交激光3D打印80Ni20Cr合金樣件的FE-SEM像。從圖4中可以看出，合金樣件中主要分布著柱狀晶粒。圖4(a)所示為合金試樣上表面的FE-SEM像。從圖4(a)中可以看出，合金樣件表面的柱狀晶粒主要沿著激光掃描路徑方向分布。圖4(b)所示為80Ni20Cr合金的側(cè)面FE-SEM像，圖4(c)和(d)所示分別為圖4(b)中A區(qū)域和B區(qū)域的高倍照片。從圖4(b)~(d)中可以看出，樣件底部有細(xì)小的片狀晶粒，隨著沉積高度的增加，晶粒由底部的片狀逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢�。激�?D打印過程是一個快速加熱和快速冷卻的過程，在金屬粉末進(jìn)入熔池時，熔池中的高溫金屬液快速冷卻，產(chǎn)生足夠大的過冷度，瞬時形成大量晶核，而且這些晶核沒有充分的時間長大，最終形成大量細(xì)小的晶粒。由于面心立方晶系晶體在與{100}面垂直的100方向長大速度最快，在激光3D圖4層層正交打印80Ni20Cr合金FE-SEM像Fig.4FE-SEMimagesof80Ni20Cralloycomponentproducedbylaser3Dprintingwithlayer-layerorthogonaldirection:(a)Topview;(b)Sideview;(c)HighmagnificationofzoneA;(d)HighmagnificationofzoneB
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1 彭曉,平德海,李鐵藩,吳維?;Ni20Cr合金表面離子注入釔后氧化層的微觀結(jié)構(gòu)與氧化機(jī)制[J];金屬學(xué)報;1997年04期

本文編號：2852162