激光工程化净成形制备Ti6Al4V ELI的残余应力建模与实验分析

摘要： 本文聚焦于激光工程化净成形（LENS）技术激光增材制造过程中残余应力的实验分析与建模。目前增材制造零件采用热处理来降低内部应力，但热处理还能带来额外优势。实验分析重点研究应力消除热处理温度对LENS工艺制备Ti6Al4V ELI试样残余应力的影响。通过Ti6Al4V ELI LENS制件的研究，将展示所选应力消除热处理带来的力学性能可能性。针对Ti6Al4V ELI材料，热处理的主要目标是降低内部应力。鉴于增材制造Ti6Al4V零件的力学特性，为提升疲劳性能和延伸率等力学行为，热处理显得尤为必要。采用光学显微镜、扫描电子显微镜和维氏硬度测试对所得微观组织与硬度进行详细研究。运用COMSOL Multiphysics模型预测原始LENS Ti6Al4V ELI构件的残余应力，以深入理解需通过应力消除热处理方法最小化的Ti6Al4V ELI合金残余应力水平。研究结果显示：应力消除热处理过程中形成的β相在冷却时转变为马氏体α，并出现细密的篮网状组织；LENS Ti6Al4V ELI合金的显微硬度随应力消除热处理温度升高而逐渐降低。计算模型显示最大应力达1.78×10? MPa，该模型强烈推荐采用适合获得最小残余应力Ti6Al4V ELI试样的LENS工艺参数，并进一步提出将模型中获得的残余应力降至理想弹性的可能方法。