激光增材制造金属零件过程中的热力学分析及热变形研究

第53卷第1期表面技术2024年1月SURFACE TECHNOLOGY·15·激光增材制造钛合金微观组织和力学性能研究进展竺俊杰1，王优强1,2*，倪陈兵1,2，王雪兆1，刘德建1，房玉鑫1，李梦杰1（1.青岛理工大学，山东 青岛 266520；2.工业流体节能与污染控制教育部重点实验室，山东 青岛 266520）摘要：激光选区熔化（SLM）技术与激光熔化沉积（LMD）技术在航空航天、生物医疗等领域的应用具有巨大潜力，但由于成形的Ti6Al4V合金构件存在较差的表面质量、较大的残余应力以及内部孔洞等问题，影响了构件的力学性能，从而制约了其大规模的应用。

针对这一现状，首先概述了激光选区熔化技术与激光熔化沉积技术的制造原理，比较了2种增材制造技术的成形参数及其特点，并分析了2种不同成形技术的自身优势以及适用场合。

其次，从2种增材制造技术成形钛合金的工艺参数入手，综述了激光功率、扫描速度、激光扫描间距、铺粉厚度、粉床温度等参数对SLM工艺成形钛合金的影响，以及激光功率、扫描速度、送粉速率等参数对LMD工艺成形钛合金的影响。

发现成形工艺参数直接影响了粉末熔化程度、熔合质量和成形显微结构，从而影响成形件的组织与力学性能。

此外，综述了不同的扫描策略对两种增材制造技术成形钛合金的表面质量与力学性能的影响，可以发现在不同扫描策略下同一试样表面的不同区域表面质量、残余应力以及抗拉强度存在较大差异，同一扫描策略下试样的不同表面之间也存在各向异性。

最后，探讨了不同热处理工艺对钛合金微观组织和力学性能的影响，通过合适的热处理能够降低成形构件应力，并调控组织相变和性能。

关键词：激光选区熔化；激光熔化沉积；钛合金；微观组织；力学性能；热处理中图分类号：TG146.23 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)01-0015-18DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.01.002Research Progress on Microstructure and Mechanical Propertiesof Titanium Alloy by Laser Additive ManufacturingZHU Junjie1, WANG Youqiang1,2*, NI Chenbing1,2, WANG Xuezhao1,LIU Dejian1, FANG Yuxin1, LI Mengjie1(1. Qingdao University of Technology, Shandong Qingdao 266520, China;2. Key Lab of Industrial Fluid Energy Conservation and Pollution Control, Shandong Qingdao 266520, China)ABSTRACT: Selective laser melting (SLM) technology and laser melting deposition (LMD) technology are becoming收稿日期：2022-11-30；修订日期：2023-06-15Received：2022-11-30；Revised：2023-06-15基金项目：山东省自然科学基金（ZR2021ME063）Fund：The Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR2021ME063)引文格式：竺俊杰, 王优强, 倪陈兵, 等. 激光增材制造钛合金微观组织和力学性能研究进展[J]. 表面技术, 2024, 53(1): 15-32.ZHU Junjie, WANG Youqiang, NI Chenbing, et al. Research Progress on Microstructure and Mechanical Properties of Titanium Alloy by Laser Additive Manufacturing[J]. Surface Technology, 2024, 53(1): 15-32.*通信作者（Corresponding author）·16·表面技术 2024年1月increasingly close to the properties of manufactured titanium alloys and forgings, which have great potential for applications in aerospace, biomedical and other fields. However, the poor surface quality, large residual stresses and the presence of internal holes in the formed Ti6Al4V alloy components affect the mechanical properties of the components, thus limiting their large-scale application. To address this situation, this work firstly outlined the manufacturing principles of selective laser melting and laser melting deposition, compared the forming parameters and characteristics of the two additive manufacturing technologies, and analyzed the advantages and applications of the two different forming technologies. Since the selective laser melting technique could adjust the thickness of the laying powder, a smaller laser spot diameter was chosen to improve the surface quality and dimensional accuracy of the formed components. The laser melting and deposition technology adopted coaxial powder feeding for faster processing and was more suitable for manufacturing medium to large metal parts.Secondly, the effects of laser power, scanning speed, laser scanning pitch, powder thickness and powder bed temperature on the forming of titanium alloys by SLM process and the effects of laser power, scanning speed and powder feeding rate on the forming of titanium alloys by LMD process were reviewed from the forming process parameters of the two additive manufacturing technologies, revealing the intrinsic effects of forming parameters, microstructure and mechanical properties in the additive manufacturing process. The direct parameters of the forming process were found to affect the degree of powder melting, fusion quality and forming microstructure, thus affecting the organization and mechanical properties of the formed parts. The effect of laser power and scanning speed on the forming process was more obvious than other factors, and there was a greater correlation between them, and a combination of lower laser power and higher scanning speed could be adopted to obtain specimens with higher microhardness. In addition, the effects of different scanning strategies on the surface quality and mechanical properties of titanium alloys formed by the two additive manufacturing techniques were reviewed, and it was found that the surface quality, residual stress and tensile strength of different regions of the same specimen surface under different scanning strategies differed significantly, and anisotropy existed between different surfaces of the specimen under the same scanning strategy. Finally, the effects of different heat treatment processes on the microstructure and mechanical properties of titanium alloys were investigated, and suitable heat treatments could reduce the stresses and regulate the phase changes and properties of formed components. Two heat treatments, annealing and solution aging, can be combined to balance the strength and plasticity of the component. To summarize the research development of these two additive manufacturing technologies, it is necessary to accelerate the establishment of a complete system of methods under the forming process and forming environment, and to promote the research on the mechanism of microstructure evolution and macro mechanical properties influence.KEY WORDS: selective laser melting; laser melting deposition; titanium alloy; microstructure; mechanical properties; heat treatment由于钛合金有着比强度较高、生物相容性较好以及耐腐蚀性能好的优势，因此在全球范围内广泛应用于生物医疗与航空领域[1-2]。

激光加热辅助车削高温合金薄壁件变形仿真及试验研究作者：孔宪俊刘世文侯宁郑耀辉王明海来源：《航空科学技术》2024年第02期摘要：机匣件作为航空发动机的重要零部件，是一种典型的薄壁件，其尺寸大、壁薄以及刚性低等特点使得在加工过程中容易发生工件变形、刀具震颤，造成加工精度不达标，以及加工表面质量差等问题。

本文建立高温合金常规车削与激光加热辅助车削模型，并通过试验验证了模型的准确性。

模型最大误差为10.1%，最小误差为5.5%，平均误差为7.8%，处于可接受范围。

然后建立常规车削与激光加热辅助车削薄壁件模型，研究激光加热辅助车削对薄壁件变形的影响。

研究结果表明，与常规车削相比，当激光照射温度达到650℃以上时，激光加热辅助车削切削力分别下降了20.2%、19.8%和15.2%。

激光加热辅助车削能够降低车削薄壁件过程中的加工变形。

与常规车削相比，激光加热辅助车削薄壁件时，加工变形量分别降低了15.6%、12.7%和13.3%。

关键词：激光加热辅助车削；高温合金；薄壁件中图分类号：V261.8 文献标识码：A DOI：10.19452/j.issn1007-5453.2024.02.009基金项目：航空科学基金（2019ZE054005）；中国航发自主创新基金（ZZCX-2019-019）；沈阳市科技局计划项目（RC210439）镍基高温合金由于其卓越的高温强度、抗氧化、抗热腐蚀，以及抗疲劳等综合性能，已成为航空发动机薄壁件的关键材料[1-2]。

航空发动机机匣件作为一种典型的薄壁件[3]，拥有尺寸大、壁薄以及刚性低等特点。

而且由于高温合金自身高强度的特点，加工高温合金时易产生高切削力和高切削温度，因此，在加工高温合金薄壁件过程中容易发生工件变形、刀具震颤，造成薄壁件加工精度不達标以及加工表面质量差[4]。

因此，研究薄壁件加工时产生的切削力，对提高薄壁件的加工精度和表面质量具有重大意义。

卫星驰等[5]针对薄壁件铣削时工件变形导致铣削力预测不准确的问题，建立了一种考虑工件变形的铣削力预测模型，并进行了试验验证，试验结果表明模型误差小于4.42%。

第10卷 第1期 精 密 成 形 工 程2018年1月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING97收稿日期：2017-11-16基金项目：国家重点研发计划(2016YFB1100203-1)作者简介：李福泉（1972—），男，博士，副教授，主要研究方向为激光增材制造及再制造、激光焊接等。

激光增材制造钢的后热处理研究现状李福泉1，孟祥旭1，董志宏2，彭晓2（1. 哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室，哈尔滨 150001；2. 中国科学院金属研究所，沈阳 110016）摘要：激光增材制造为非平衡凝固过程，容易产生组织应力及热应力，出现变形和开裂等现象。

通过后热处理，能够达到改善激光增材制造金属构件组织、消除缺陷、优化性能的目的，因此，后热处理制度的优化成为合金钢件增材制造亟待解决的关键技术。

针对合金钢的激光增材制造，综述了近年来激光增材制造钢的后热处理工艺的研究现状。

选择典型的17-4PH 不锈钢及316L 不锈钢等增材制造钢，研究不同后热处理规范对组织形态、第二相质点分布的影响；及其相应的热处理前后的拉伸强度及伸长率等力学性能的变化情况。

通过热处理规范的合理选择，能够显著改善增材制造钢的组织及机械性能。

关键词：激光增材制造；钢；后热处理；微观组织DOI ：10.3969/j.issn.1674-6457.2018.01.012中图分类号：TG164.4 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2018)01-0097-12Research Status of Post-heat Treatment of Steel Fabricated by Laser Additive ManufacturingLI Fu-quan 1, MENG Xiang-xu 1, DONG Zhi-hong 2, PENG Xiao 2(1. State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China; 2. Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China) ABSTRACT: Nonequilibrium solidification during AM of laser was likey to lead to thermal stress and structral stess, which was the source of distortion, cracking, etc. Through post-heat treatment, the aim of microstructral improvement, defect inhibita-tion and property optimization can be achieved. Estabishing the rules of post-heat treatment was the key issue for alloy steel fa-bricated by AM. In this paper, the recent research status of the post-heat treatment process of steel fabricated by AM was sum-merized. 17-4PH stainless steel, 316L stainless steel and other typical alloy steel were selected to investigate influences of dif-ferent post-heat treatment process on the evolution of micrstructure and the distribution of second phase paricles. At the same time, the variation of tensile strength and elongation before and after post-heat treatment was investigated comparatively. It can be found, through post-heat treatment optimized, microstructure and mechanical property can be improved distinctively. KEY WORDS: laser additive manufacturing; steel; post-heat treatment; microstructure激光增材制造技术是一种以激光为热源的增材制造技术，激光能量密度高，可实现难熔金属、钛合金、高温合金、金属间化合物等的制造。

激光增材制造技术的研究现状及发展趋势一、本文概述激光增材制造技术，也称为激光3D打印或激光粉末床熔化（LPBF），是一种先进的增材制造技术，它利用高能激光束熔化粉末材料，逐层堆积形成三维实体。

由于其在材料利用率、制造精度和复杂结构制造能力等方面的独特优势，激光增材制造技术正受到全球科研界和工业界的广泛关注。

本文旨在深入探讨激光增材制造技术的当前研究现状，包括其基本原理、主要应用领域、关键技术和挑战等，并展望其未来的发展趋势。

通过对国内外相关文献的综述和案例分析，本文期望为激光增材制造技术的发展提供有价值的参考和启示。

二、激光增材制造技术研究现状激光增材制造（LAM，Laser Additive Manufacturing）技术，作为增材制造（AM，Additive Manufacturing）领域的一种重要技术手段，近年来在全球范围内受到了广泛的关注和研究。

该技术利用高能激光束作为热源，将粉末或丝状材料逐层熔化并堆积，从而构建出具有特定形状和性能的三维实体。

材料体系日益丰富：随着材料科学的进步，可用于激光增材制造的材料已经从最初的金属粉末扩展到了陶瓷、高分子材料以及复合材料等多元化体系。

这为激光增材制造技术在不同行业的应用提供了更多的可能性。

设备工艺持续优化：激光增材制造设备的精度和稳定性直接关系到最终产品的质量和性能。

目前，研究者们正致力于优化激光束的控制系统、粉末输送装置以及环境控制系统等关键部件，以提高设备的整体性能。

过程监控与质量控制：随着制造过程复杂性的增加，对制造过程中的监控和质量控制提出了更高的要求。

目前，研究者们正尝试将人工智能、机器学习等先进技术引入激光增材制造过程中，以实现对制造过程的实时监控和智能调控。

应用领域不断拓展：激光增材制造技术以其独特的优势，在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域得到了广泛的应用。

随着技术的不断进步，其应用领域还将进一步扩大。

绿色环保与可持续发展：随着全球对环境保护意识的提高，激光增材制造技术作为一种近净成形技术，具有减少材料浪费、降低能源消耗等绿色环保特点。

激光增材制造过程中熔池形成及演化现象激光增材制造（LAM）是一种快速成型技术，它使用高功率激光束作为加热源，将金属粉末熔化成实体物体。

在这个过程中，熔池的形成和演化起着至关重要的作用。

熔池是指激光束在材料表面或深度处聚集能量而引起的局部区域的高温区，其中材料被熔化成液态。

当激光束作用于材料表面时，由于受热面积小，熔池深度相对较小；而当激光束钻入材料时，熔池深度和直径相对较大。

熔池形成和演化的过程可以归纳为以下几个阶段：1. 传热过程激光束与材料之间存在瞬间传热过程。

激光束在材料表面或深度处聚集，形成高温的小区域，这个区域内的材料瞬间被加热，同时周围的材料被导热逐渐加热，并且发生相变。

当材料表面温度升高时，表面张力库仑力越来越大，开始在材料表面形成一层液态金属。

2. 液态熔池形成由于瞬间传热的温度高度符合材料的熔点，因此材料在瞬间加热后迅速熔化。

随着时间的推移，激光束对材料加热的深度和温度不断增加，导致熔池的形成。

熔池的形成是由于材料在高温环境下的塑性变形而产生的。

熔池的形状和尺寸是由激光加工参数、金属粉末特性、材料熔点、表面张力等因素决定的。

3. 熔池扩散熔池形成后，熔池内部的温度和压力不断变化，从而导致材料的流动和扩散，最终形成所需的实体造型。

其中，熔池发生的温度梯度和浓度梯度决定了材料在熔池中形成的复杂形态。

此外，熔池流体力学现象、质量输运和熔池遇冷速率等因素也会影响熔池的扩散。

4. 熔池凝固材料在熔池中熔化后会快速凝固，形成固态部分。

由于材料在快速冷却过程中的非均匀性，固态部分的结构与性质也会发生变化。

因此，优化熔池形态和温度梯度是LAM过程中关键的课题。

总之，熔池形成和演化是LAM的核心过程之一，理解和优化熔池形态和温度梯度有利于提高制造质量和生产效率。

激光切割过程中的热应力分析激光切割是一种常用的材料加工技术，它利用激光束的高能量密度将材料加热至临界温度，然后利用气体流将熔化的材料吹走，从而实现对材料的切割。

然而，在激光切割过程中，由于激光束的高能量密度和材料的快速加热冷却，会导致材料产生严重的热应力，从而对切割质量和切割工件的结构产生不良影响。

因此，对激光切割过程中的热应力进行分析和控制是十分重要的。

首先，让我们来了解一下热应力是如何产生的。

在激光切割过程中，激光束对材料的照射会引起材料表面温度迅速升高，从而引起材料的膨胀。

然而，由于材料的热传导速度较慢，表面温度升高会导致材料内部温度梯度的形成，进而引起温度场的形成。

而温度场的形成又会引起材料的热应力。

热应力的形成主要由两个因素引起，即热膨胀不均匀和热应力的梯度。

热膨胀不均匀主要是由于材料的热膨胀系数在不同温度下的变化，而热应力的梯度主要是由于材料的热传导系数不均匀或材料中存在热源的分布不均匀引起的。

其次，让我们来探讨一下热应力对切割质量和工件结构的影响。

首先，由于激光切割过程中产生的热应力，会引起切割边缘的熔化和气孔的生成。

熔化边缘会导致切割边缘的粗糙度增大，而气孔的生成会对切割边缘的质量产生不良影响。

其次，激光切割过程中产生的热应力还会对工件结构产生影响。

由于热应力的存在，工件的形状和尺寸可能会发生变化，从而导致工件的变形甚至破裂。

此外，热应力还可能引起工件的残余应力，从而影响后续加工和使用。

那么，如何分析和控制激光切割过程中的热应力呢？首先，可以通过数值模拟来分析热应力的分布和变化规律。

数值模拟可以利用有限元方法对激光切割过程进行模拟，进而得到温度场和热应力场的分布情况。

通过分析模拟结果，可以了解切割过程中热应力的分布和变化规律，从而找到可能导致切割质量问题和工件结构问题的原因。

其次，可以通过工艺参数的优化来控制热应力。

工艺参数的优化可以通过实验设计和数据回归分析来实现。

通过对不同工艺参数下的切割过程进行实验，并分析实验结果，可以确定最佳的工艺参数组合，从而减小热应力的产生。

航空钛合金零件激光直接沉积增材制造-热处理航空钛合金是广泛应用于航空、航天及国防领域的关键材料。

然而，其加工难度较大，传统的加工方法难以满足高精度和高效率的要求。

而激光直接沉积增材制造技术（LMD）已被证实是一种有效的加工手段，在航空钛合金零件的制造中得到了广泛的应用。

然而，由于航空钛合金材料的特殊性，激光直接沉积增材制造后需要进行热处理。

激光直接沉积增材制造（LMD）是一种通过激光在零件表面进行熔化和固化来制造三维物体的方法。

与传统的加工方法相比，LMD具有以下优点：1. 可以快速制造复杂的三维零件，不需要模具和工具。

2. 可以在原有零件的基础上进行修复、加工和改进。

3. 可以进行多材料复合制造，材料可以根据需要进行选择，有很强的灵活性。

4. 可以在加工过程中实时监测和控制，保证加工精度和准确度。

航空钛合金零件制造中需要特别注意以下几点：1. 激光能量的选择。

激光直接沉积增材制造中，激光能量的选择直接影响到制造零件的质量。

如果激光能量过大，则激光熔化的部分过量，易产生脆性裂纹和变形；如果激光能量过小，则无法达到足够的熔化温度，难以保证零件的密实度和制造速度。

2. 适当选择加工参数。

在进行激光直接沉积增材制造时，需要根据具体材料的特性、零件的形状和加工要求，合理选择加工参数。

例如，需要适当调整激光功率、扫描速度和扫描线间距等。

3. 确保表面处理的充分性。

为了保证航空钛合金零件的表面质量，需要在进行激光直接沉积增材制造前对表面进行充分处理。

通常采用喷砂、酸洗等方式进行表面清洁和去除表面氧化物。

航空钛合金材料的特殊性，决定了激光直接沉积增材制造后需要进行热处理。

热处理可以改善材料的性能，提高零件的强度和硬度。

具体来说，航空钛合金零件通常需要进行时效处理和退火处理。

1. 时效处理。

时效处理是在加工完成后，将航空钛合金零件加热到一定温度，并在一定时间内保持温度，以达到材料的固溶、析出和再结晶的效果。

时效处理可以提高航空钛合金零件的强度和硬度，并改善其抗腐蚀性。

激光粉末床熔融增材制造耐热铝合金的研究进展目录1. 内容描述 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 研究目的 (3)1.3 研究意义 (4)1.4 国内外研究现状 (6)2. 激光粉末床熔融增材制造技术基础 (7)2.1 激光粉末床熔融增材制造原理 (9)2.2 激光粉末床熔融增材制造工艺 (10)2.3 激光粉末床熔融增材制造设备 (11)3. 耐热铝合金材料特性及制备方法 (12)3.1 耐热铝合金材料分类与性能 (14)3.2 耐热铝合金材料制备方法 (15)3.3 耐热铝合金材料的组织与性能表征 (17)4. 激光粉末床熔融增材制造耐热铝合金的工艺参数优化 (18)4.1 激光功率控制策略 (20)4.2 送粉量控制策略 (21)4.3 扫描速度控制策略 (23)4.4 气体流量控制策略 (24)5. 耐热铝合金激光粉末床熔融增材制造过程中的缺陷分析与控制.25 5.1 缺陷类型与成因分析 (27)5.2 缺陷产生的影响与控制方法 (29)5.3 缺陷检测与评价方法 (30)6. 耐热铝合金激光粉末床熔融增材制造的应用研究 (33)6.1 零件结构设计与优化 (35)6.2 零件性能预测与评估 (36)6.3 零件表面质量控制技术研究 (38)7. 结果与讨论 (39)7.1 工艺参数对耐热铝合金激光粉末床熔融增材制造性能的影响407.2 缺陷类型及其对产品质量的影响 (44)7.3 应用研究结果分析与讨论 (45)8. 结论与展望 (46)8.1 主要研究成果总结 (48)8.2 存在问题及展望未来研究方向 (49)8.3 对工业生产及应用的启示 (51)1. 内容描述本论文综述了激光粉末床熔融增材制造技术在耐热铝合金制备中的应用及研究进展。

激光粉末床熔融技术是一种基于高能激光束将金属粉末逐层熔化并凝固成形的先进制造工艺，具有设计灵活、生产效率高和材料利用率高等优点。

耐热铝合金作为一种在高温环境下具有优良性能的材料，在航空航天、汽车制造等领域具有重要的应用价值。

激光金属增材制造过程中的熔体流动行为激光金属增材制造是一种通过激光熔化金属粉末层层堆叠而成的制造方法。

在这个过程中，熔体流动行为是一个重要的研究领域。

熔体流动行为的研究对于优化激光金属增材制造的工艺参数和提高制造质量具有重要意义。

熔体流动行为与激光的能量输入密切相关。

激光的能量输入会使金属粉末迅速熔化，并形成一个熔池。

熔池的形状和尺寸对于制造质量具有重要影响。

熔池的形状受到激光功率密度、扫描速度和材料熔点等因素的影响。

当激光功率密度较高时，熔池的尺寸会增大，熔池的形状也会变得更加圆润。

而当激光功率密度较低时，熔池的尺寸会减小，熔池的形状则会呈现出扁平的特点。

熔体流动行为还与金属粉末层的形状和厚度有关。

金属粉末层是激光金属增材制造的基本单元，其形状和厚度对于熔池的形成和流动有着重要影响。

当金属粉末层的形状较窄时，熔池的形状也会变得较窄；而当金属粉末层的形状较宽时，熔池的形状则会变得较宽。

金属粉末层的厚度也会影响熔池的形状和尺寸。

当金属粉末层的厚度较大时，熔池的形状会更加扁平；而当金属粉末层的厚度较小时，熔池的形状则会更加圆润。

熔体流动行为还受到表面张力和浸润性的影响。

表面张力是指液体表面上的分子间相互作用力，其大小与液体的性质有关。

在激光金属增材制造过程中，熔池的表面张力会影响金属液体的流动行为。

当金属液体的表面张力较大时，熔池的流动性较差，容易形成不均匀的熔池形状。

而当金属液体的表面张力较小时，熔池的流动性较好，容易形成均匀的熔池形状。

浸润性是指液体在固体表面上的展开性和渗透性。

在激光金属增材制造过程中，金属液体的浸润性会影响熔池在金属粉末层上的扩散行为。

当金属液体的浸润性较好时，熔池能够较好地扩散在金属粉末层上，形成均匀的熔池形状。

而当金属液体的浸润性较差时，熔池的扩散性较差，容易形成不均匀的熔池形状。

熔体流动行为还与金属液体的温度和粘度有关。

金属液体的温度会影响其粘度，进而影响熔池的流动性。

激光热处理对铝合金组织和晶粒生长的影响研究引言：铝及其合金是广泛应用于工业生产和日常生活的重要材料之一。

近年来，随着科技的不断进步和工业对材料性能要求的提高，对于铝合金的研究日益重要。

激光热处理作为一种新的表面处理方法，在改善铝合金材料性能方面显示出巨大的潜力。

本文将研究激光热处理对铝合金组织和晶粒生长的影响。

一、激光热处理对铝合金组织的影响1. 显微组织变化激光热处理对铝合金的显微组织具有显著的影响。

通过激光热处理，铝合金材料的晶粒尺寸可以得到有效控制和调节。

实验研究表明，随着激光功率的增加，铝合金材料的晶粒尺寸逐渐减小，晶界清晰度提高。

这种细化效应对于改善材料的力学性能和表面质量具有重要意义。

2. 相变行为除了晶粒尺寸的控制，激光热处理还会引起铝合金中相变行为的变化。

例如，在某些激光功率下，铝合金中的析出相含量会发生明显的变化。

这种相变行为的调控可以改变材料的硬度、强度和耐腐蚀性能。

这一研究结果对于铝合金在不同工业领域的应用有重要意义。

二、激光热处理对铝合金晶粒生长的影响1. 晶粒生长动力学激光热处理对铝合金晶粒生长动力学有一定的影响。

实验研究发现，通过激光热处理可以促进铝合金晶粒的再结晶行为，进而改善材料的塑性变形能力。

此外，激光热处理还可以调控晶粒的取向分布，进一步提高材料的力学性能。

2. 晶粒界面的特性激光热处理对铝合金晶粒界面的特性也具有一定的影响。

研究表明，激光热处理可以降低晶界能量，提高晶界的稳定性和力学强度。

这种改善晶界特性的效果对于材料的抗拉伸、疲劳和断裂行为具有重要影响。

总结：激光热处理对铝合金组织和晶粒生长具有明显的影响。

通过激光热处理可以控制和调节铝合金的晶粒尺寸、相变行为和晶粒界面特性。

这种表面处理方法为铝合金材料的应用提供了新的途径，有助于改善材料的力学性能、表面质量和耐腐蚀性能。

然而，目前对于激光热处理对铝合金组织和晶粒生长的影响研究还存在一些问题，例如对于激光功率、扫描速率和材料成分等参数的优化调控仍然需要进一步探索。

在上个世纪，增材制造( Ad di ti ve M a nu fa ct ur in g，A M) 的概念得到了显著的发展。

依据美国试验材料学会(A me ric a nS o ci et y f or Te sti n g a nd Ma te ri als，A ST M) 的定义: 增材制造技术不同于传统的减法加工过程，是基于材料的增量制造，利用3D数据模型，将材料一层一层连接起来制造物体的过程。

由于增材制造技术具有设计和制造一体化、加工精度高、制造周期短，产品物理化学性能优异等特点，美国《时代周刊》将增材制造列为“美国十大增长最快的工业”，英国《经济学人》杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”。

金属材料增材制造技术作为整个增材制造体系中最具前沿和难度的技术，是先进制造技术的重要发展方向。

对于金属材料增材制造技术，按照热源类型的不同主要可分为激光增材制造、电子束增材制造、电弧增材制造等。

其中激光增材制造(L ase rA d di ti ve M an uf act u ri ng，LA M) 技术是一种兼顾精确成形和高性能成形需求的一体化制造技术，也是目前金属增材制造最可靠和可行的方法。

国内外增材制造的研究也主要集中在激光增材制造技术，本文在总结增材制造的发展历史基础上，重点介绍了激光增材制造的原理、激光选区熔化成形技术和直接沉积技术的发展现状，为激光增材制造在国内各个领域的应用提供支持。

一、增材制造的发展历史1983 年，美国科学家查尔斯·胡尔(Ch ar le s Hu ll) 发明光固化成形技术( st ere o l it ho gr ah y App e ar an ce，SL A) 并制造出全球首个增材制造部件。

1986 年，查尔斯·胡尔获得了全球第一项增材制造专利，同年成立3D S ys t em s公司。

1987 年，3DS y st em s 发布第一台商业化增材制造设备-快速成型机立体光刻机SL A-1，全球进入增材制造时代。

金属材料激光增材制造工艺优化研究激光增材制造（LAM）是一种先进的制造技术，通过逐层堆积材料以创建复杂的金属零件。

这项技术既能够节省材料，又能够提高零件的性能和复杂度。

然而，要实现最佳的制造结果，需要对激光增材制造工艺进行优化研究。

首先，要对激光增材制造中的材料选择进行优化。

不同的金属材料具有不同的特性，例如硬度、抗腐蚀性和导热性等。

在选择材料时，需要考虑零件的使用环境和要求。

另外，材料的粉末形状、粒度和密度也会对成品质量产生重要影响。

因此，对于不同材料的激光增材制造，需要针对特定材料进行参数优化和工艺改进。

其次，激光增材制造中的激光参数也需要进行优化研究。

激光功率、扫描速度和扫描策略等参数会直接影响到零件的质量和成型时间。

过高或过低的激光功率都会导致零件出现裂纹或熔池不稳定的情况，而过快或过慢的扫描速度则可能会导致零件表面质量不佳。

因此，通过不断调整和优化这些参数，可以实现更高质量的激光增材制造。

此外，激光增材制造中的激光束形状和焦距也对成品质量产生显著影响。

例如，采用圆形激光束可以实现较高的熔化效率，但会引入较大的残余应力；而采用方形激光束可以降低残余应力，但熔化效率相对较低。

因此，需要根据具体需求和材料特性，选择合适的激光束形状和焦距，以实现最佳的制造效果。

此外，惯性力也是需要考虑的因素之一。

在激光增材制造过程中，惯性力会导致材料的位移和形变，进而影响零件的精度和质量。

因此，在优化激光增材制造工艺时，需要注意惯性力的影响，并通过合理的支撑结构和动力控制来减少其不良影响。

最后，为了实现激光增材制造的工艺优化，还需要考虑工艺参数的优化。

例如，激光的脉冲频率、层高、预热温度等参数都会对成品的机械性能和表面质量产生影响。

因此，通过实验和模拟方法，可以确定各个参数的最佳取值范围，从而实现工艺的优化。

总之，金属材料激光增材制造工艺的优化研究是一个复杂而关键的领域。

通过优化材料选择、激光参数、激光束形状和焦距、惯性力以及工艺参数等方方面面的因素，可以实现更高质量和更高效率的激光增材制造过程。