2.2熔合中期

多次試驗發(fā)現(xiàn)，大束流直接熔化粉末會產(chǎn)生局部熔池，熔池凝固時在表面張力的作用下收縮成球形，該球形物遠(yuǎn)凸出于成形層表面，影響鋪粉環(huán)節(jié)，若加大束流熔化會導(dǎo)致其余區(qū)域發(fā)生過熔現(xiàn)象或溶液流淌導(dǎo)致成形失敗。為了避免此現(xiàn)象，將預(yù)熱之后的粉末進(jìn)行大步距較大點的束流掃描，在此工藝下，局部區(qū)域粉末直接熔接在下一層已成形面上，此時的氣孔收縮率由式（5）計算。

2.3熔合末期

為了有足夠的時間排出沉積層里面的氣孔，仍使用體積收縮模型，通過式（5）計算氣孔收縮率，然后通過式（7）算出燒結(jié)末期電子束填充時長。

孔成孤立狀球體，并由沉積層內(nèi)部運(yùn)動到表面。因此使用體積擴(kuò)散系數(shù)來計算，試驗棒料成形的每層粉末燒結(jié)時間為38（s T＝0.8TM，TM為熔點溫度）。

3結(jié)果與分析

根據(jù)模型計算出的試驗參數(shù)如表2所示。

表2電子束熔粉參數(shù)

由表2可知，電子束熔粉成形中，顆粒與顆粒之間的熔合在不同的束流和點間距工藝下有不同的表現(xiàn)特征。粉末的熔合是顆粒之間接觸和鍵合的過程，事實上都是由表面張力的推動下來完成物質(zhì)的傳遞。圖5（a）為電子束預(yù)熱粉末之后粉末熔合初期的微觀結(jié)構(gòu)。由5（a）可知，粉末預(yù)熱的過程中變成通紅的狀態(tài)，但顆粒與顆粒之間接觸面積非常小。對比離散的粉末，預(yù)熱后的粉末中微小粒徑的顆粒幾乎完全熔入大顆粒當(dāng)中，而且顆粒之間呈凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)，因為小顆粒的粉末比表面積大于大顆粒粉末，在粘附力的作用下吸附在大顆粒表面，在預(yù)熱的過程中首先產(chǎn)生鍵合頸，再在潤濕作用下完全與大顆粒粉末結(jié)合。而大顆粒粉末之間由于電子束輸入的能量過低不足以完全熔合，不過顆粒與顆粒之間剛剛形成了燒結(jié)頸，將周圍的粉末拉攏過來。圖5（b）為電子束預(yù)打印之后的粉末熔合中期的微觀結(jié)構(gòu)。由圖5（b）可知，隨著電子束輸入能的升高，出現(xiàn)了束斑直徑同樣大小的熔融團(tuán)，周圍是互相連通的孔洞，因為電子束輸入能升高后束斑所接觸區(qū)域的粉末迅速熔化，在高度方向上與下面的已成形區(qū)相連，在長、寬度方向上熔融團(tuán)僅僅流動傳質(zhì)引起縮頸相連。一般熔合中期的打印束斑間距選擇1.2倍的束斑直徑，以免熔融團(tuán)相互貫通出現(xiàn)球化現(xiàn)象。在微觀角度上，粉末堆積形成的多面體空隙隨著熔池溶體表面張力的作用，形成柱狀結(jié)構(gòu)并且相互連通，因此粉層的體積開始收縮，氣孔不斷地上浮到表面處消失。圖5（c）為電子束填充打印之后粉末熔合末期微觀結(jié)構(gòu)。由圖5（c）可知，粉層的致密度提高至95%以上，在電子束直接接觸加熱處至四處消散方向出現(xiàn)針狀晶粒。從圖5（a）、（b）看出，熔合成形的初期和中期材料內(nèi)空隙明顯而末期材料內(nèi)的空隙幾乎全部消失。因為粉末熔合末期受到電子束填充密集轟擊，粉層溫度達(dá)到上千攝氏度，粉層雖然沒有到達(dá)完全液態(tài)（熔粉成形不允許完全流動），但在表面張力和毛細(xì)孔管引力的推動下，質(zhì)點不斷地向燒結(jié)頸傳遞，連通的氣孔變成孤立狀空穴。這時在重力和濃度差擴(kuò)散力作用下，質(zhì)點逐漸沉積在粉層底部，氣孔不斷地消失在表面上。最終隨著溫度降低亞熔融態(tài)的沉積物再次結(jié)晶，由于電子束接觸位置的溫度遠(yuǎn)高于其余部位，所以冷卻過程中此處出現(xiàn)板條狀馬氏體晶粒。

（a）熔合初期（粉末預(yù)熱后）；（b）熔合中期（粉末預(yù)打印后）；（c）熔合末期（填充打印后）。

圖5粉末熔合成形過程（圖a、b方向為平行沉積層拍照；圖c方向為垂直沉積層拍照）

4結(jié)論

（1）試驗結(jié)果吻合熔粉理論模型，在熔合初期電子束預(yù)熱工藝下，離散的粉末微小粒徑的顆粒幾乎完全熔入大顆粒當(dāng)中，且顆粒與顆粒之間呈凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)。

（2）在熔合中期粉末顆粒在熔池溶體表面張力的作用下形成熔融團(tuán)，堆積形成的空隙變成柱狀空洞并且相互連通的。

（3）在熔合末期氣孔被排除，電子束接觸位置的周圍出現(xiàn)板條狀馬氏體晶粒，致密度接近理論密度。