激光功率对激光粉末床熔融成形Fe–Mn–Al–Ni–C轻质钢组织及性能的影响

摘要

设计了Fe–30Mn–11Al–12Ni–1C轻质合金钢成分，研究了激光功率对激光粉末床熔融成形轻质钢组织及性能的影响。结果表明，在扫描速度一定的情况下，随着激光功率的增加，激光粉末床熔融成形轻质钢试样的相对密度逐渐增大，激光功率在120 W时，成形样品相对密度最高，达到99.2%。不同激光功率下成形试样在平行于构筑方向的平面（XOY）上均出现未熔合区域，垂直于构筑方向的平面（XOZ）出现裂纹。XOY观察面与XOZ观察面的缺陷类型不同，体现在以下方面：XOY面存在大量未熔合孔隙、球状粉末以及较大的孔洞，且随着激光功率的增加，未熔合的缺陷和孔洞面积逐渐减少，球状粉末消失；XOZ面缺陷主要是孔洞和裂纹，随着激光功率的上升，孔洞逐渐减少，但裂纹宽度增加。试样硬度呈现出各向异性，且各向异性随着激光功率的提高逐渐减小。试样XOZ面硬度随激光功率的变化不明显，但高于XOY面；XOY面由于激光功率提高降低了缺陷的影响，因此显微硬度变化较大。当激光功率为120 W时，试样XOZ面硬度达到最大值HV0.2 441.3。激光功率90 W、扫描速度800 mm·s^-1，成形的轻质钢试样抗拉强度达到最大值，为826.2 MPa。试样晶界处存在大量析出相，导致其延伸率较低，因此激光粉末床熔融成形轻质钢的塑性较差。

关键词

轻质钢 / 激光粉末床熔融 / 激光功率 / 力学性能 / 断口形貌

基金资助

山西省科技创新人才团队项目（202304051001029）; 山西省科技成果转化引导专项（202204021301048）; 山西省重点研发计划项目（202302110401015、202202150401020、202102050201009）; 太原市关键核心技术攻关“揭榜挂帅”项目（20230224002）