三维金属零件的电子束选区熔化成形.pdfVIP

第43卷第6期 机械工程学报 v01．43No．6 2007年6月 J1111． 2007 CHINESEJOURNAL0FMECHANICALENGINEERING 三维金属零件的电子束选区熔化成形术 颜永年 齐海波林峰何伟 张浩然 张人佶 1 (清华大学机械工程系北京 00084) 摘要：针对电子束选区熔化成形技术中金属粉末在高能电子束作用下容易溃散的特点，进行不同形状的316L不锈 钢粉末的成形研究，得出既不溃散又具有较好成形性的粉末配比。针对成形过程中成形区域的温度场分布特点， 提出成形件旋转法和多连通区域零件的薄层切割法，能较好地解决成形件第一条扫描线球化和成形区域不同部位 所需温度不相同的问题，简化cAD模型的数据处理过程。在材料研究和工艺研究的基础上，制造出三维金属零件， 层间为完全冶金结合，层内没有未熔颗粒和空洞，组织结构为均匀细小的蜂窝状枝晶组织，水平和垂直拉伸试样 MPa、35％。 的极限强度和断后伸长率为600MPa、40％和560 关键词：快速制造 电子束选区熔化成形316L不锈钢粉末温度场 中图分类号：TNl01 O前言 1试验材料及设备 电子束快速制造技术是一种基于离散一堆积 1．1试验材料 成形原理，以高能量密度和高能量利用率的电子束 试验所用材料为气雾化和水雾化的316L不锈 作为加工热源，对材料进行完全熔化成形的三维实 钢粉末组成的混合粉末，其中气雾化316L不锈钢 体零件制造方法。与激光相比，电子束具有能量利 粉末的粒径为40～100um，水雾化316L不锈钢粉 用率高、加工材料广泛、无反射、加工速度 末的粒径在40“m以下，混合粉末的质量分数如 快、真空环境无污染及运行成本低等优点，因此 表1所示，形貌如图1所示。形状规则的为球形气 雾化粉末，颗粒细小而不规则的为水雾化粉末。 基于电子束的快速制造技术在国际上受到了越来 越广泛的关注，美国麻省理工学院、美国航空航 表1 316L不锈钢粉末的质量分数 ％ 天局、瑞典心c锄公司和我国清华大学均开发出 C Cr Ni Mo SiⅣhlP S Fe O．01771．00012．8002．100O．8000．100O．0250．005余量 了各自的基于电子束的快速制造系统【1。2】。前两种 利用电子束熔化金属丝材，电子束固定不动，金 属丝材通过送丝装置和工作台移动，与激光近形 制造技术类似；后两种利用电子束熔化铺在工作 台面上的金属粉末，与激光选区熔化技术类似， 利用电子束实时偏转实现熔化成形，该技术不需 要二维运动部件，可以实现金属粉末的快速扫描 成形，是目前国际上金属零件快速制造的研究热点 之一。 本文采用自行研制的电子束选区熔化成形快 速制造系统，进行了不同颗粒形状的316L不锈钢 图】 试验所用粉末形貌的扫描电镜照片×200 粉末的快速制造，针对高能运动的电子容易引起 1．2试验设备 粉末溃散及成形区域温度场的特点，提出了相应的解 试验所用设备为自行研制的电子束选区熔化成 决方案，并制备了内部组织完全致密的三维金属