兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (2): 605-614.doi: 10.12382/bgxb.2021.0721
李忠华1, 陈彦磊2, 刘斌2,*(), 蒯泽宙2, 路声宇2, 史京帅1
收稿日期:
2021-10-28
上线日期:
2022-06-18
通讯作者:
基金资助:
LI Zhonghua1, CHEN Yanlei2, LIU Bin2,*(), KUAI Zezhou2, LU Shengyu2, SHI Jingshuai1
Received:
2021-10-28
Online:
2022-06-18
摘要:
机加工与选区激光熔化(SLM)复合成形可实现零件高效率、低成本、异种材料成形。研究在高强度机加工钢基板上SLM成形高热导率铜合金,将SLM技术与传统机加工技术相结合,复合成形复杂双金属结构。利用SLM技术在机加工316L基体材料上成形CuSn10合金,阐明了复合工艺下成形的钢铜异质结构其界面处的微观组织与力学性能。采用金相显微镜、扫描电镜以及能谱检测对界面处的微观组织及元素分布进行观察分析;通过拉伸试验以及显微硬度的测量对复合成形钢铜异质结构的力学性能进行分析。分析结果表明:钢和铜相互扩散渗透,在界面处熔合区形成钢和铜相互包围的冶金结合区域,在靠近316L基体侧结合区发现显微裂纹,并且向316L基体延伸;结合区域抗拉强度达到361.65±5.45MPa,延伸率为3.9%±0.1%,界面处显微硬度由316L基体区域的244.9HV逐渐降低到CuSn10区域的155.1HV。实验结果表明,机加工与SLM技术相结合复合成形钢铜异质结构具有良好的界面结合以及力学性能。
中图分类号:
李忠华, 陈彦磊, 刘斌, 蒯泽宙, 路声宇, 史京帅. 选区激光熔化复合成形钢铜异质结构界面微观组织与力学性能[J]. 兵工学报, 2023, 44(2): 605-614.
LI Zhonghua, CHEN Yanlei, LIU Bin, KUAI Zezhou, LU Shengyu, SHI Jingshuai. Interfacial Microstructure and Mechanical Properties of Steel-copper Heterostructure Prepared by Selective Laser Melting[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(2): 605-614.
元素 | Sn | S | C | O | Cu |
---|---|---|---|---|---|
含量/% | 9.94 | ≤0.001 | ≤0.25 | 0.0466 | 其余 |
表1 CuSn10合金粉末化学成分
Table 1 Chemical composition of CuSn10 alloy powder
元素 | Sn | S | C | O | Cu |
---|---|---|---|---|---|
含量/% | 9.94 | ≤0.001 | ≤0.25 | 0.0466 | 其余 |
元素 | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | Fe |
---|---|---|---|---|---|---|---|
含量/% | 0.022 | 0.506 | 1.207 | 16.20 | 10.05 | 2.03 | 其余 |
表2 316L材料化学成分
Table 2 Chemical composition of 316L material
元素 | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | Fe |
---|---|---|---|---|---|---|---|
含量/% | 0.022 | 0.506 | 1.207 | 16.20 | 10.05 | 2.03 | 其余 |
参数 | 取值 |
---|---|
最大成型尺寸 | Φ150mm×120mm3 |
激光器类型 | 500W光纤激光器 |
聚焦光斑直径/μm | 40~70 |
铺粉层厚/μm | 20~50 |
成型速度/(cm3·h-1) | 5.0~7.5 |
最大扫描速度/(m·s-1) | 8 |
表3 EP-M150设备参数
Table 3 EP-M150 equipment parameters
参数 | 取值 |
---|---|
最大成型尺寸 | Φ150mm×120mm3 |
激光器类型 | 500W光纤激光器 |
聚焦光斑直径/μm | 40~70 |
铺粉层厚/μm | 20~50 |
成型速度/(cm3·h-1) | 5.0~7.5 |
最大扫描速度/(m·s-1) | 8 |
工艺因素 | 激光功率/ W | 扫描速度/ (mm·s-1) | 扫描间距/ μm | 层厚/ μm |
---|---|---|---|---|
工艺参数 | 195 | 550 | 80 | 20 |
表4 SLM工艺参数
Table 4 SLM process parameters
工艺因素 | 激光功率/ W | 扫描速度/ (mm·s-1) | 扫描间距/ μm | 层厚/ μm |
---|---|---|---|---|
工艺参数 | 195 | 550 | 80 | 20 |
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