高頻微鍛造對(duì)激光成形成形304不銹鋼試件力學(xué)性能的影響.pdf

1、激光快速成形技術(shù)(Laser Rapid Forming Technology，LRFT)，是二十世紀(jì)九十年代發(fā)展起來的一項(xiàng)結(jié)合了快速原型技術(shù)(Rapid Prototype，RP)成形思想和大功率激光熔覆技術(shù)優(yōu)越特性的現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)，它能快速實(shí)現(xiàn)高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)致密金屬零件的無模近終成形，該技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)機(jī)械制造業(yè)產(chǎn)生了廣泛而深遠(yuǎn)的影響，并成為世界各國(guó)激光加工領(lǐng)域研究的一項(xiàng)新熱點(diǎn)[1-5]。運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)所制備的零件具有快速凝固的組織特

2、點(diǎn)，零件致密度高，成形件力學(xué)性能達(dá)到或超過常規(guī)鑄造及鍛造加工的零件性能,成形零件經(jīng)過后處理后能滿足直接使用要求[6-11]。該技術(shù)在航天航空、通訊設(shè)備、儀器儀表、模具制造、國(guó)防裝備及醫(yī)療衛(wèi)生等諸多領(lǐng)域均具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用前景與市場(chǎng)需求。
　　本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“高頻微鍛造作用下激光金屬直接成形的相關(guān)基礎(chǔ)問題”（No.50974075），主要通過實(shí)驗(yàn)研究了高頻微鍛造作用對(duì)激光直接快速成形件的力學(xué)性能的影響。在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下

3、，選用304不銹鋼作為快速成形材料，采用激光快速成行逐層堆積原理制備試樣，試樣分平板試樣和圓筒試樣兩大類制備；其中平板式樣的鍛造過程是在成形件制備完成后經(jīng)超聲頻微鍛造處理制得，而圓筒試樣則是利用機(jī)械式高頻微鍛造與激光快速成形協(xié)同作用制成。為了研究高頻微鍛造對(duì)激光快速成形件力學(xué)性能的影響，本文對(duì)兩大類試樣進(jìn)行了對(duì)比性實(shí)驗(yàn)研究。利用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試樣拉伸試驗(yàn)；利用OM、SEM觀察和分析了微鍛造對(duì)快速成形件表面組織及內(nèi)部缺陷的影響；利用洛氏硬

4、度計(jì)測(cè)試了微鍛造前后快速成形件表面硬度；利用工業(yè)CT分析了一個(gè)試樣的內(nèi)部缺陷狀態(tài)。利用SEM觀測(cè)拉伸試樣斷口的形貌特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：⑴由于受快速成形工藝的影響，得到的304不銹鋼金屬拉伸試樣中存在氣孔、夾雜等缺陷。通過高頻微鍛處理，成形件內(nèi)部的氣孔減少，缺陷得到一定程度的愈合。⑵在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下制備的快速成形試樣中，304不銹鋼平板試樣（未鍛造）抗拉強(qiáng)度均值為705MPa，屈服強(qiáng)度均值為378MPa，鍛造后抗拉強(qiáng)度均值781MPa，屈

5、服強(qiáng)度均值為465MPa；304不銹鋼圓筒試樣（未鍛造）抗拉強(qiáng)度均值為481MPa，屈服強(qiáng)度均值為399MPa，鍛造后抗拉強(qiáng)度均值為581MPa，屈服強(qiáng)度均值為411MPa；C-H304不銹鋼圓筒試樣抗拉強(qiáng)度均值為621MPa，屈服強(qiáng)度均值為410MPa，鍛造后抗拉強(qiáng)度均值為627MPa，屈服強(qiáng)度均值為449MPa。⑶通過高頻微塑變鍛造處理，鍛碎了激光快速成形特有的規(guī)則樹枝晶狀組織，使其表面組織由鑄態(tài)轉(zhuǎn)變成鍛態(tài)，晶粒得到細(xì)化[12]。⑷

6、超聲頻微鍛造處理使激光快速成形304不銹鋼多層多道搭接混合掃描平板試件表面硬度由約25.7HRC增加到約45.2HRC；平均抗拉強(qiáng)度由鍛前705MPa提高到緞后781MPa。多道搭接弧線掃描圓筒試樣抗拉強(qiáng)度均值由微鍛前的481Mpa，提高到微鍛后的581Mpa，抗拉強(qiáng)度提高了17.2％。⑸在試件內(nèi)部缺陷率較高的情況下，機(jī)械式和超聲頻率式微鍛造處理均能夠明顯提高激光快速成形304不銹鋼試件抗拉強(qiáng)度力學(xué)性能；而當(dāng)缺陷率下降到一定程度時(shí)，機(jī)械