·166· 工程科学学报，第41卷，第2期 表6不同技术制备的316L不锈钢的典型性能对比 Table6 Comparison of typical mechanical properties of 316L stainless steel fabricated by different technologies 技术名称 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/% 参考文献 激光选区熔化 387~420 564~580 35-70 [98,100] 金属电弧增材制造 235~422 533 48 [101-102] 锻造 255~310 525-623 56~63 [103] 表7不同金属增材制造技术的典型工艺参数 Table 7 Typical process parameters for different metal additive manufacturing technologies 技术名称 冷却速度/(K·s1) 层厚/mm 扫描间距/mm 表面粗糙度/μm 参考文献 激光选区烧结 0.02-0.25 0.05-0.5 10-60 [104-105] 微滴喷射 10~103 0.1w1 0.15w1 15~100 [14,46] 激光选区熔化 103-108 0.02-0.15 0.05-0.2 10~50 [106-108] 激光工程化净成形 <10 0.1-1.5 0.5-2 60-150 [2,31] 金属电弧增材制造 0.2-2.5 0.53 100-500 [109-110] 电子束选区熔化 103~10 0.10.5 0.1-1 25-80 [111-112] 金属熔融沉积 0.5-1 1~1.5 [24] 电子束熔丝沉积 20-500 1~3 25 [113] 余应力、孔洞、精度和组织 品残余应力较大，消除较为困难.Moat等6s]在采用 4.2工艺参数对残余应力的影响 激光工程化净成形技术对nconel718合金进行成 在金属增材制造技术中，特别是以激光或电弧 形的过程中，发现随着激光脉冲周期和基板移动速 为热源的金属增材制造技术中，由于热源能量密度 度的减小，靠近上表面的水平方向的残余应力梯度 较大，熔池附近存在较大的温度梯度，从而在产品内 和区域也逐渐减小，如图10所示. 部产生较大的残余应力，显著影响产品的尺寸精度、 4.3工艺参数对孔洞的影响 结构稳定性和强度 在金属增材制造技术中，孔洞是残余应力之外的 针对功率相对较低的激光选区熔化技术，其产 又一个主要缺陷.在激光选区熔化技术以及激光工程 品的残余应力相对较小，可以通过优化扫描方式、预 化净成形技术等热源能量密度较高且热源直接熔化基 热基板以及去应力退火等方法减小残余应 层的技术中，孔洞主要是由能量输入过高导致的熔体 力[-6].而能量输入更高，产品体积更大的激光 喷溅形成的，另外，当能量输入过低时，也可能出现原 工程化净成形以及金属电弧增材制造等技术，其产 料熔化不充分的现象，从而导致孔洞的产生8,7.因 (c) -20 -15 10 0 10 15 20 X方向mm 残余应力/MPa -500-400-300-200-1000100200300400 图10不同激光脉冲周期和基板移动速度下样品二维垂直应力分布图[s】.(a)80ms,14.0mms1;(b)60ms,10.5mms1;(c)40ms, 7.0mm.s-1 Fig.10 2D vertical stress distribution diagram of samples at different laser pulse lengths and substrate moving speeds(]:(a)80m,14.0mm; (b)60ms,10.5mms-;(c)40ms,7.0mm-s-1工程科学学报,第 41 卷,第 2 期 表 6 不同技术制备的 316L 不锈钢的典型性能对比 Table 6 Comparison of typical mechanical properties of 316L stainless steel fabricated by different technologies 技术名称 屈服强度/ MPa 抗拉强度/ MPa 延伸率/ % 参考文献 激光选区熔化 387 ~ 420 564 ~ 580 35 ~ 70 [98, 100] 金属电弧增材制造 235 ~ 422 533 48 [101鄄鄄102] 锻造 255 ~ 310 525 ~ 623 56 ~ 63 [103] 表 7 不同金属增材制造技术的典型工艺参数 Table 7 Typical process parameters for different metal additive manufacturing technologies 技术名称 冷却速度/ (K·s - 1 ) 层厚/ mm 扫描间距/ mm 表面粗糙度/ 滋m 参考文献 激光选区烧结 — 0郾 02 ~ 0郾 25 0郾 05 ~ 0郾 5 10 ~ 60 [104鄄鄄105] 微滴喷射 10 ~ 10 3 0郾 1 ~ 1 0郾 15 ~ 1 15 ~ 100 [14, 46] 激光选区熔化 10 3 ~ 10 8 0郾 02 ~ 0郾 15 0郾 05 ~ 0郾 2 10 ~ 50 [106鄄鄄108] 激光工程化净成形 < 10 4 0郾 1 ~ 1郾 5 0郾 5 ~ 2 60 ~ 150 [2, 31] 金属电弧增材制造 — 0郾 2 ~ 2郾 5 0郾 5 ~ 3 100 ~ 500 [109鄄鄄110] 电子束选区熔化 10 3 ~ 10 4 0郾 1 ~ 0郾 5 0郾 1 ~ 1 25 ~ 80 [111鄄鄄112] 金属熔融沉积 — 0郾 5 ~ 1 1 ~ 1郾 5 — [24] 电子束熔丝沉积 20 ~ 500 1 ~ 3 2 ~ 5 — [113] 余应力、孔洞、精度和组织. 4郾 2 工艺参数对残余应力的影响 在金属增材制造技术中,特别是以激光或电弧 为热源的金属增材制造技术中,由于热源能量密度 较大,熔池附近存在较大的温度梯度,从而在产品内 部产生较大的残余应力,显著影响产品的尺寸精度、 结构稳定性和强度. 图10 不同激光脉冲周期和基板移动速度下样品二维垂直应力分布图[65] 郾 (a) 80 ms, 14郾 0 mm·s - 1 ; (b) 60 ms, 10郾 5 mm·s - 1 ; (c) 40 ms, 7郾 0 mm·s - 1 Fig. 10 2D vertical stress distribution diagram of samples at different laser pulse lengths and substrate moving speeds [65] : (a) 80 ms, 14郾 0 mm·s - 1 ; (b) 60 ms, 10郾 5 mm·s - 1 ; (c) 40 ms, 7郾 0 mm·s - 1 针对功率相对较低的激光选区熔化技术,其产 品的残余应力相对较小,可以通过优化扫描方式、预 热基 板 以 及 去 应 力 退 火 等 方 法 减 小 残 余 应 力[114鄄鄄116] . 而能量输入更高,产品体积更大的激光 工程化净成形以及金属电弧增材制造等技术,其产 品残余应力较大,消除较为困难. Moat 等[65]在采用 激光工程化净成形技术对 Inconel 718 合金进行成 形的过程中,发现随着激光脉冲周期和基板移动速 度的减小,靠近上表面的水平方向的残余应力梯度 和区域也逐渐减小,如图 10 所示. 4郾 3 工艺参数对孔洞的影响 在金属增材制造技术中,孔洞是残余应力之外的 又一个主要缺陷. 在激光选区熔化技术以及激光工程 化净成形技术等热源能量密度较高且热源直接熔化基 层的技术中,孔洞主要是由能量输入过高导致的熔体 喷溅形成的,另外,当能量输入过低时,也可能出现原 料熔化不充分的现象,从而导致孔洞的产生[8,117] . 因 ·166·