粉末基增材制造金属和合金过程的多尺度缺陷的形成原因及修正方法(2)

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粉末基增材制造金属和合金过程的多尺度缺陷的形成原因及修正方法(2)

时间：2024-01-16 09:30 来源：航空燃机资讯作者：admin 阅读：次

3微观内部结构缺陷

3.1 内部裂纹

3.2 内部毛孔

2.3 有纹理的柱状颗粒

3.4 成分缺陷

4表面缺陷的检测与建模

AMed 零件的表面缺陷和表面粗糙度(如 Ra)可以通过接触或非接触方法进行评估。标准触头轮廓法是获取 AMed 零件表面轮廓的接触方法之一，应适当选择触头半径和锥角，以保证表面数据的可靠性，避免损坏探头和表面。此外，在使用接触式方法时，还应考虑检测表面的可及性。另一方面，非接触方法可以避免表面损伤，包括共聚焦显微镜和原子力显微镜等面形貌测量方法，以及光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)等二维成像方法。

迄今为止，关于金属 AM 过程表面质量建模的研究工作有限。Strano等人提出了一个考虑部分粘合颗粒对表面粗糙度影响的分析模型。预测结果表明，高倾斜表面的粗糙度显著在折痕随颗粒分数的变化(图 (a))。通过实验测量不同倾斜角度表面的粗糙度来验证新模型(图(b))。Boschetto 等人建立的理论粗糙度模型考虑了楼梯效应、球化和卫星对粗糙度的影响，并以 AlSi10Mg SLM 为例进行了验证。除了解析建模外，Yan 等利用有限体积法(FVM)建立了 PBF 过程的高保真粉末尺度模型，旨在揭示成球效应和单轨不均匀性形成的机理。仿真结果表明，成球效应的发生高度依赖于输入能量和层厚。在最近的项工作中，Wu 等人基于 FVM 模拟了多层 PBF 过程，以预测薄壁的侧壁粗糙度图 (c)。实验和数值结果都表明，随着线能量密度的增加，侧面粗糙度逐渐降低图 (d)。显然，解析模型更方便定量预测表面粗糙度，而数值过程建模成本高，更倾向于理解成球效应等缺陷形成机制。

工艺参数优化是目前最为常用的显微组织缺陷控制方法，主要是通过体能量密度公式来确定合理的加工参数窗口。但随着对能量密度公式的研究逐渐深入，研究人员发现现有能量密度公式已难以对工艺参数进行精确调控，急迫需要对其进行修正。为解决PBF成形金属部件因其内部粗大柱状晶所造成的严重的各向异性，研究人员期望将其转变为细小等轴晶来提高其机械-力学性能，主要有以下四种方法：

(1) 对打印过程参数进行调整(包括：激光功率、扫描速度、扫描策略等)；

(3) 混合处理，在PBF过程中引入原位轧制或超声振动处理，以外来能量输入干涉熔融金属液体的凝固过程，促进等轴晶的形核与长大；

(4) 热处理，通过对成形部件进行原位热处理或者后期传统热处理，改变晶粒形态。显微组织偏析与位错胞行为的控制主要通过控制打印过程参数来实现。此外，通过在PBF过程中施加原位扰动(如电磁搅拌)也可实现对微观组织与成分偏析的控制。

来源：相关综述以题为 “Multi-scale defects in powder-based additively manufactured metals and alloys” 发表在材料领域顶刊 Journal of Materials Science & Technology上。

(责任编辑：admin)

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