由于激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)增材制造技术成形的零部件具有致密度高、机械性能好、尺寸精度较高,仅需简单后处理即可直接使用等特点,在军事、航空航天与植入医疗器械等领域有广泛的应用。本文针对高铁制动零件的激光选区熔化增材成形的问题,以24CrNiMo合金钢粉末为材料,系统的研究其激光选区熔化工艺。根据SLM成形的工艺特点,本文通过单道、多道的基础工艺实验研究24CrNiMo合金钢成形的关键工艺参数(激光点距、曝光时间、扫描间距等)及其成形特性(如表面形貌、熔池总高、熔道宽度等)。在获得较优的工艺窗口的基础上,研究24CrNiMo的成形性并分析成形块体的性能与缺陷,为利用SLM制造高铁制动盘奠定工艺基础。通过上述研究,对于24CrNiMo合金钢的成形工艺,有如下结论:1.24CrNiMo单层单道成形方面:随着点距的变大,线能量密度降低;熔池总高变小,熔池变小,熔池宽度变小,浸润角度变小;熔道高度降低,表面越来越不均匀,甚至出现断点。随着曝光时间的增加,线能量密度提高;熔道从表面形貌恶化严重、表面粗糙、熔道宽度不均匀变为熔道表面形貌均匀、成形质量较好。随着曝光时间的增加熔道宽度变宽,熔道总高变大,熔池变大,浸润角度变大且无断点。2.24CrNiMo合金钢单层多道方面:扫描间距对单层表面成形质量有重要影响,扫描间距与熔道重叠率相关。发现当重叠率在0.4左右时,单层表面质量好,打印出的打印件密度也比较高。说明单层打印成形质量好坏决定了打印件成形质量的优劣。3.工艺关键参数对24CrNiMo打印件密度的影响:(1)激光选区熔化24CrNiMo合金钢时,点距的大小对材料成形质量影响明显。点距过大时产生孔隙缺陷使打印件密度降低、点距过小时熔池不稳定会造成密度降低。(2)扫描间距对24CrNiMo成形质量也会产生影响。主要是由于熔道与熔道之间重叠率大小、和熔道本身成形质量是否优良决定。(3)当使用不同曝光时间参数时,由于激光在每个点停留时间不同,熔池的大小也会受到影响,因此曝光时间过大过小都会造成打印件密度的降低。(4)能量密度与密度成正比关系。一般情况下随着能量密度的提高而上升,最后会达到一个密度较高的能量密度区间,低于或者高于这个区间时打印件密度都会降低。4.对24CrNiMo合金钢孔隙缺陷形成原因进行研究。当出现长孔时:(1)能量不足,不足以穿透粉末。(2)扫描间距,激光点距过大也会产生长条孔洞。当出现圆形规则孔洞时,表示该参数下能量过大,金属粉末过熔甚至气化,使得该层成型厚度达不到设计的厚度。出现这种现象有三个原因:(1)激光对相邻熔道的金属进行重熔;(2)熔池的汽化和形成的等离子体给熔池带来反冲压力,使保护气进入熔池内残留并造成孔洞。(3)能量过大导致熔池温度较高,高温金属与少量氧气反应产生的杂质不溶于金属液体而产生飞溅。5.对24CrNiMo打印件维氏硬度进行研究时,发现上表面边缘维氏硬度、侧面底部硬度及上部区域维氏硬度明显高于上表面中部区域维氏硬度和侧面中部区域维氏硬度。其原因在于打印件上表面中部区域和侧面中部区域受到反复热循环及冷却速度慢,导致维氏硬度较低。硬度变化主要是由于冷却速度,能量密度,热处理时间的不同导致。6.对成形材料的组织分析可得:成形小块由共析铁素体和粒状贝氏体及少量马氏体组成。共析铁素体为白色板条,粒状贝氏体为灰黑色粒状。7.研究了含氧量对24CrNiMo成形质量的影响。当含氧量较高时,24CrNiMo合金钢粉末容易与氧气发生反应生成氧化物杂质生成孔隙缺陷影响密度大小。对圆孔孔隙缺陷进行EDS图象分析,说明了碳化物集聚的原因。8.激光光斑直径对成形工艺有影响。直径过大时会造成粉末随着激光中心向外逐渐出现不熔化的现象,这样的现象主要因为激光处于高斯分布,往往内侧已经过热使熔池液态不稳定,外测可能还未彻底融化,导致熔池内测产生飞溅,造成孔隙。