激光快速成形技术是近几年国际上广泛关注的一种的实体自由成形技术，能够直接成形高性能的致密金属零件，具有无模具、短周期、低成本、市场响应快等特点。本文简要分析了激光快速成形件残余应力的形成机理及分布规律，概述了残余应力对成形件力学性能、结构尺寸、实际使用等方面的影响，探讨了实验测定残余应力的方法及调整和消除残余应力的有效手段等。  

    激光快速成形技术是一种基于激光熔覆的迭层制造技术，它将快速原型技术（RP）自由成形的优点与激光熔覆技术相结合，能够实现高性能复杂结构、致密金属零件的直接成形，具有高柔性、短周期、低成本、市场响应快等特点，是一种将材料技术与制造技术有机融为一体的“新材料设计、新材料制备与近净成形高性能复杂零件快速成形一体化”新技术。激光快速成形以高能激光束作为移动热源，一方面，激光快速加热冷却为材料加工提供了常规手段无法实现的极端非平衡条件，使成形件具有细小、致密的组织和优异的综合性能；但另一方面，局部热输入造成的不均匀温度场必然引起局部热效应，表现在熔池在凝固及随后冷却过程不一致，从而在成形件中形成残余应力和变形。残余应力作为一种内应力，不仅对成形件的静载强度、疲劳强度和抗应力腐蚀性能等有不利影响 ，而且也影响结构尺寸稳定性和成形精度，严重时会直接引发裂纹缺陷。成形件一旦出现裂纹，成形过程将被迫终止，同时已成形的金属零件只能报废处理，这将大大增加制造成本。因此，要充分发挥激光快速成形技术的优越性，提高成形零件综合质量，研究激光快速成形过程残余应力的形成机理和分布特性具有重要的现实意义。关于激光快速成形过程中残余应力的研究国外已开始有报道，而目前国内尚未见有这方面的研究报道。本文初步分析了激光快速成形过程的残余应力问题，为描述和控制激光快速成形过程中残余应力分布提供基础。 

残余应力的形成机理与分布特性

    激光快速成形属于材料热加工过程，它以高能激光束作为移动热源，局部热输入产生的局部热效应将导致一定残余应力和变形。这主要是是激光束与材料相互作用形成的熔池经历快速加热、熔化和快速冷却、凝固变化，必然产生不均匀热应力和相变应力，结果引起不均匀塑性变形而形成残余应力。具体是激光快速成形过程能量非常集中，熔池及其附近部位以远高于周围区域的速度被急剧加热，并局部熔化。这部分材料因受热而膨胀，而热膨胀受到周围较冷区域的约束，产生(弹性)热应力。同时，由于受热区域温度升高后屈服极限下降，部分区域的热应力值会超过其屈服极限，因此，熔池部分会形成塑性的热压缩，冷却后就比周围区域相对缩短、变窄或减小，同时由于熔覆层凝固冷却时受到基材冷却收缩的约束，从而在熔覆层中形成残余应力。因此，激光快速成形过程产生残余应力的原因主要归结于以下两方面:  

    1.由于局部热输入造成温度分布不均匀，使得熔池及周围材料产生热应力，在冷却和凝固时相互制约而引起局部热塑性变形，进而产生热残余应力; 

    2.由于熔凝区存在温度梯度且冷却速率不一致，熔池材料在凝固时因相变体积变化不均及相变的不等时性产生的相变应力，进而引起不均匀塑性变形而形成相变残余应力（组织应力）。成形件终的残余应力往往是上述两种原因的综合结果。激光快速成形过程是一个非常复杂的物理冶金过程，残余应力的形成受诸多因素的影响同样非常复杂，应力大小和分布与熔覆粉材（种类、状态）、基体（材料、状态）、成形路径、成形尺寸及工艺参数的选取等密切相关，一般为三维残余应力。