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  • 分析:激光拋光對TiAl增材制造件
  • 2022-01-18
    激光沉積制造(LDM)是一種自由形式的金屬沉積工藝,該技術(shù)有著許多優(yōu)點,也有一些問題,其中最關(guān)鍵的問題之一是生產(chǎn)的工件表面質(zhì)量很差,需要進行后加工。傳統(tǒng)的加工方法,如銑削和磨削,已被用來改善LDM部件的表面質(zhì)量。然而,這些方法都存在一些缺點,如刀具磨損和狹窄區(qū)域難以加工等等。 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的研究者們采用連續(xù)激光和脈沖激光對LDM生產(chǎn)的TiAl合金試樣進行表面拋光,研究了兩種拋光工藝在表面形貌、顯微組織、耐蝕性、顯微硬度和耐磨性等方面的差異。 激光參數(shù)如下表所示:


    圖1、2分別為連續(xù)激光和脈沖激光拋光TiAl的表面粗糙度圖。


    圖1 連續(xù)激光拋光TiAl的表面粗糙度圖


    圖2 脈沖激光拋光TiAl的表面粗糙度圖

    經(jīng)過拋光,TiAl制件表面的粗糙度顯著降低,連續(xù)激光拋光能夠?qū)⒃?6.06μm的粗糙度降到1.76μm。從圖2可以看出,脈沖激光拋光也能夠降低表面粗糙度,但是由于脈沖激光的能量密度較低,形成的熔池也較淺,試樣表面的冷卻速度比內(nèi)部快,導(dǎo)致表面出現(xiàn)裂紋。

    圖3 TiAl合金拋光前后的顯微硬度分布圖

    從圖中可以看到,連續(xù)激光拋光后硬度有了明顯提高,硬度從初始364.3HV提升到了388.6HV,提升了8%左右。這是由于連續(xù)激光拋光后,拋光表面形成了α2-Ti3Al,α2-Ti3Al為密排六方結(jié)構(gòu),而γTiAl為面心立方結(jié)構(gòu),所以硬度提升了。而脈沖激光拋光后試樣表面存在裂紋,且再熔層深度較小,所以式樣的顯微硬度沒有增加特別明顯。 除了硬度外,文章中還對拋光后的耐磨性和耐蝕性進行了測試,發(fā)現(xiàn)連續(xù)激光拋光后這些性能都有了較大的提高,而脈沖激光由于裂紋的存在,性能反而下降。本文對LDM成型的TiAl制件進行了連續(xù)激光拋光和脈沖激光拋光的對比研究和測試,為增材制造件的激光拋光方式選擇提供了參考。

    參考文獻:
    [1]XU Z, OUYANG W, LIU Y, et al. Effects of laser polishing on surface morphology and mechanical properties of additive manufactured TiAl components [J]. Journal of Manufacturing Processes, 2021, 65: 51-9.
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