激光立体成形过程中,高能激光束与金属粉末、基材相互作用时,一方面使材料在激光辐照区形成特殊的优越的组织结构,如晶粒高度细化,获得高度过饱和的固溶体等;另一方面,由于材料的熔化、凝固和冷却都是在极快的条件下进行的,如果成形工艺控制不当,有可能在成形件中形成裂纹、气孔、夹杂、层间结合不良等缺陷,降低成形件的力学性能。
1气孔及熔合不良缺陷
若激光立体成形采用的粉末形状不规则,含气量较高,或不同熔覆沉积层和沉积道间搭接不合适,将容易在成形件内部产生两种类型的缺陷:气孔和熔合不良导致的孔洞。当激光成形工艺参数不匹配时,就会使各沉积层之间未形成致密冶金结合而产生熔合不良的缺陷,包括沉积层与基体之间界面处形成熔合不良,各沉积层间熔合不良或沉积层内局部熔合不良。搭接率是影响熔合不良缺陷产生的一个重要工艺参数,它不仅影响零件的成形精度,而且搭接率选择不当还将导致道间缺陷的产生。
2裂纹
由于激光立体成形过程中始终伴随着较高的热应力,若合金的合金化程度较高,显微偏析较严重,裂纹敏感度较高,则在激光立体成形过程中容易发生开裂,特别是由于激光立体成形组织所具有的外延生长特性,裂纹容易沿晶扩展。沉积层的拉伸内应力和枝晶间低熔共晶组织是引起激光立体成形镍基高温合金开裂的主要原因。因此优化激光立体成形工艺参数,调整微观组织是一种重要的控制裂纹手段。在保证沉积层和基体之间、沉积层层与层之间达到足够强度的冶金结合的同时,降低激光立体成形过程中的能量输入是一种很好的手段。能量输入的降低可以减少热影响区低熔点共晶组织的液化倾向,同时也可以减少热应力的产生。减小和消除激光沉积道与道搭接区域的尖角凹槽等结构性应力集中部位是另一个要注意的事项。通过对基体进行预热,激光立体成形后或成形过程中的退火热处理等,在一定程度上也可以减少和抑制裂纹的产生。不过,在激光立体成形工艺本身的调整和控制能力达到极限后,引入外部手段即其它技术来消除成形裂纹也是解决方法之一。
