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激光快速成形技术(Laser Rapid Forming Technology, LRFT),是二十世纪九十年代发展起来的一项结合了快速原型技术(Rapid Prototype,RP)成形思想和大功率激光熔覆技术优越特性的现代先进制造技术,它能快速实现高性能复杂结构致密金属零件的无模近终成形,该技术的出现,对机械制造业产生了广泛而深远的影响,并成为世界各国激光加工领域研究的一项新热点[1-5]。运用该项技术所制备的零件具有快速凝固的组织特点,零件致密度高,成形件力学性能达到或超过常规铸造及锻造加工的零件性能,成形零件经过后处理后能满足直接使用要求[6-11]。该技术在航天航空、通讯设备、仪器仪表、模具制造、国防装备及医疗卫生等诸多领域均具有广泛的实际应用前景与市场需求。目前我国对该技术的研究还处于基础实验研究阶段,还存在诸多的基础问题亟待解决。本论文结合国家自然科学基金项目“高频微锻造作用下激光金属直接成形的相关基础问题”(No.50974075),本文主要通过实验研究了高频微锻造作用对激光直接快速成形件的力学性能的影响。在现有实验条件下,选用304不锈钢作为快速成形材料,采用激光快速成行逐层堆积原理制备试样,试样分平板试样和圆筒试样两大类制备;其中平板式样的锻造过程是在成形件制备完成后经超声频微锻造处理制得,而圆筒试样则是利用机械式高频微锻造与激光快速成形协同作用制成。为了研究高频微锻造对激光快速成形件力学性能的影响,本文对两大类试样进行了对比性实验研究。利用万能试验机进行试样拉伸试验;利用OM、SEM观察和分析了微锻造对快速成形件表面组织及内部缺陷的影响;利用洛氏硬度计测试了微锻造前后快速成形件表面硬度;利用工业CT分析了一个试样的内部缺陷状态。利用SEM观测拉伸试样断口的形貌特征。实验结果表明:(1)由于受快速成形工艺的影响,得到的304不锈钢金属拉伸试样中存在气孔、夹杂等缺陷。通过高频微锻处理,成形件内部的气孔减少,缺陷得到一定程度的愈合。(2)在现有实验条件下制备的快速成形试样中,304不锈钢平板试样(未锻造)抗拉强度均值为705MPa,屈服强度均值为378MPa,锻造后抗拉强度均值781MPa,屈服强度均值为465MPa;304不锈钢圆筒试样(未锻造)抗拉强度均值为481MPa,屈服强度均值为399MPa,锻造后抗拉强度均值为581MPa,屈服强度均值为411MPa;C-H304不锈钢圆筒试样抗拉强度均值为621MPa,屈服强度均值为410MPa,锻造后抗拉强度均值为627MPa,屈服强度均值为449MPa。(3)通过高频微塑变锻造处理,锻碎了激光快速成形特有的规则树枝晶状组织,使其表面组织由铸态转变成锻态,晶粒得到细化[12]。(4)超声频微锻造处理使激光快速成形304不锈钢多层多道搭接混合扫描平板试件表面硬度由约25.7HRC增加到约45.2HRC;平均抗拉强度由锻前705MPa提高到缎后781MPa。多道搭接弧线扫描圆筒试样抗拉强度均值由微锻前的481Mpa,提高到微锻后的581Mpa,抗拉强度提高了17.2%。(5)在试件内部缺陷率较高的情况下,机械式和超声频率式微锻造处理均能够明显提高激光快速成形304不锈钢试件抗拉强度力学性能;而当缺陷率下降到一定程度时,机械式高频微锻造对成形件的力学性能影响不大。