铝锰钪锆选区激光熔化成形过程介观尺度数值模拟

摘要

选区激光熔化（SLM）制造零件的微观结构和缺陷与SLM单/双熔道成形质量密切相关，实验方法难以在介观尺度下解释物理现象复杂的熔道成形规律。以铝锰钪锆合金为成形材料，建立SLM介观尺度下的单/双熔道数值模型，完成SLM单/双熔道成形实验并验证模型的准确性。借助数值模型研究SLM熔池演变的基本规律；研究在200～400 W的激光功率下，单熔道形貌、熔池温度与熔池尺寸等熔池特征随激光功率的变化规律，发现激光功率为360 W、扫描速度为1.0 m/s时，单熔道成形质量最好；研究在360 W的激光功率、1.0 m/s的扫描速度下，扫描间距为60μm、80μm和120μm时双熔道搭接行为、双熔道形貌演变规律，发现扫描间距为80μm时双熔道成形质量好，成形效率高；结合多熔道SLM成形实验筛选出合适的体积能量密度（VED）,在107～139 J/mm³的VED范围内，成形熔道连续、光滑。借助该模型可初步预测关键工艺参数，减少工艺参数优化成本。

关键词

选区激光熔化 / 铝锰钪锆合金 / 体积能量密度 / 熔池