激光立體成形過程中,高能激光束與金屬粉末、基材相互作用時,一方面使材料在激光輻照區(qū)形成特殊的優(yōu)越的組織結(jié)構(gòu),如晶粒高度細化,獲得高度過飽和的固溶體等;另一方面,由于材料的熔化、凝固和冷卻都是在極快的條件下進行的,如果成形工藝控制不當(dāng),有可能在成形件中形成裂紋、氣孔、夾雜、層間結(jié)合不良等缺陷,降低成形件的力學(xué)性能。

1氣孔及熔合不良缺陷

若激光立體成形采用的粉末形狀不規(guī)則,含氣量較高,或不同熔覆沉積層和沉積道間搭接不合適,將容易在成形件內(nèi)部產(chǎn)生兩種類型的缺陷:氣孔和熔合不良導(dǎo)致的孔洞。當(dāng)激光成形工藝參數(shù)不匹配時,就會使各沉積層之間未形成致密冶金結(jié)合而產(chǎn)生熔合不良的缺陷,包括沉積層與基體之間界面處形成熔合不良,各沉積層間熔合不良或沉積層內(nèi)局部熔合不良。搭接率是影響熔合不良缺陷產(chǎn)生的一個重要工藝參數(shù),它不僅影響零件的成形精度,而且搭接率選擇不當(dāng)還將導(dǎo)致道間缺陷的產(chǎn)生。

2裂紋

由于激光立體成形過程中始終伴隨著較高的熱應(yīng)力,若合金的合金化程度較高,顯微偏析較嚴(yán)重,裂紋敏感度較高,則在激光立體成形過程中容易發(fā)生開裂,特別是由于激光立體成形組織所具有的外延生長特性,裂紋容易沿晶擴展。沉積層的拉伸內(nèi)應(yīng)力和枝晶間低熔共晶組織是引起激光立體成形鎳基高溫合金開裂的主要原因。因此優(yōu)化激光立體成形工藝參數(shù),調(diào)整微觀組織是一種重要的控制裂紋手段。在保證沉積層和基體之間、沉積層層與層之間達到足夠強度的冶金結(jié)合的同時,降低激光立體成形過程中的能量輸入是一種很好的手段。能量輸入的降低可以減少熱影響區(qū)低熔點共晶組織的液化傾向,同時也可以減少熱應(yīng)力的產(chǎn)生。減小和消除激光沉積道與道搭接區(qū)域的尖角凹槽等結(jié)構(gòu)性應(yīng)力集中部位是另一個要注意的事項。通過對基體進行預(yù)熱,激光立體成形后或成形過程中的退火熱處理等,在一定程度上也可以減少和抑制裂紋的產(chǎn)生。不過,在激光立體成形工藝本身的調(diào)整和控制能力達到極限后,引入外部手段即其它技術(shù)來消除成形裂紋也是解決方法之一。