孔隙结构对3D打印多孔钨力学性能的影响

王春锦; 陈文革; 孟祥瑞; 张辉; 周新文

doi:10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023010005

粉末冶金技术 ›› 2024, Vol. 42 ›› Issue (6) : 589 -599. DOI: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023010005

孔隙结构对3D打印多孔钨力学性能的影响

王春锦, 陈文革, 孟祥瑞, 张辉, 周新文

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摘要

利用ANSYS有限元软件设计了正方体和三棱锥两种孔隙结构的多孔钨。研究发现，当分别承受点、线和面载荷时，正方体和三棱锥骨架单元受力不均匀。当骨架单元分别承受面和线载荷时，有支撑的棱柱处应力较小，没有支撑的棱柱处应力较大，并引起了较大的变形量。当骨架单元承受点载荷时，其应力和变形量均在加载处最大。采用选区激光熔化技术制备两种孔隙结构的高孔隙率多孔钨，分析了孔隙形状和尺寸对其力学性能的影响。结果表明，两种多孔钨的宏观形貌与其设计结构无明显差别，由于骨架棱柱（边）上易悬垂和粘粉导致孔隙率较设计值有所降低。预设孔隙率为50%和80%的正方体多孔钨抗拉强度分别为127.4 MPa和55.8 MPa，抗压强度分别为667.1 MPa和213.0 MPa，冲击韧性分别为6.764 J/cm²和4.492 J/cm²，硬度值相差不大。预设50%和80%孔隙率的三棱锥多孔钨抗压强度分别为231.1 MPa和65.3 MPa，冲击韧性均为2.030 J/cm²，硬度与正方体骨架相同。正方体和三棱锥多孔钨的拉伸和压缩断口形貌均呈现出典型的准解理脆性断裂特征。