SLM成形AlSi10Mg残余应力数值模拟及组织性能研究

来源 :沈阳工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:icqn2007
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选择性激光熔化(SLM)技术因成形速度快、打印件性能好等特点被人们应用于铝合金材料的增材制造。但是SLM制备的铝合金工件内部存在的残余应力,导致成形制件其开裂和变形。本次研究采用Simufact additive 4.0有限元模拟软件对SLM成形AlSi10Mg制件的打印过程进行仿真模拟,探究打印过程中制件内部温度场分布,打印参数对制件内部以及制件与基板结合面残余应力的影响规律;通过正交试验分析影响残余应力的主要因素;对制件进行去应力退火和人工时效处理,研究热处理对制件残余应力、组织和力学性能的影响。通过数值模拟发现:由于高能量激光束和热量传导的影响,各扫描层出现三个峰值温度,且三个峰值温度差值较大,冷却凝固过程中形成较大温度梯度,导致产生较大内应力。通过变参数模拟计算和实验,发现随着基板温度、激光功率、扫描速度和扫描间距的增加,制件内部和结合面的残余应力先减小后增加,基板温度对薄壁结构残余应力影响较显著,激光功率、扫描速度和扫描间距对厚壁结构残余应力影响更加显著;激光功率过低或扫描速度和扫描间距过高都容易导致制件内部缺陷增加,影响打印件成形质量。通过正交实验,发现影响制件内部和结合面残余应力最主要参数分别为扫描速度和扫描间距,其中,最佳参数组合为激光功率450W、扫描速度1100mm/s、扫描间距70μm、基板温度180℃。通过组织观察和力学性能测试发现:SLM打印件冷却速度快,Al基体中存在过饱和的Si原子固溶,Si相呈网状分布,组织细小致密,组织呈现粗晶区、细晶区和热影响区三个区域,固溶强化和细晶强化作用下制件抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到480MPa、310MPa和6%;经过退火热处理后,组织中粗晶区结构在内部应力的作用下由不规则状变为呈一定方向生长的长条交织状结构,残余应力整体降低了27.7%-32.3%;固溶强化和细晶强化作用减弱,制件强度和硬度下降。对制件进行180℃时效处理,研究发现:热处理过程中Si相会从基体中逐渐析出,固溶强化作用减弱,时效6h后制件抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为358MPa、220MPa和4.85%,与T6处理后的铸件性能差距减小,因此采用固溶处理后的基板,加热基板打印可以有效的降低应力的产生提高结合率。
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