扫描方式对激光选区熔化成形316不锈钢性能的影响

为了揭示激光选区熔化成形过程中熔池行为,以316不锈钢粉末为对象展开激光选区熔化试验,研究了激光选区熔化成形时不同的扫描方式对成形件内部缺陷、微观组织以及室温拉伸性能的影响.结果表明:将层片分区短线扫描成形可以有效地控制成形零件内部的气孔缺陷;与无分区长线扫描相比,采用分区短线扫描后零件内部组织呈现明显的柱状且晶粒尺寸较大.     

固溶时间对激光选区熔化AlSi10Mg显微组织及显微硬度的影响

采用SEM、EDS、显微硬度等分析方法研究了535℃固溶温度下不同固溶时间对激光选区熔化(Selective laser melting) AlSi10Mg铝合金显微组织及显微硬度的影响。结果表明,在535℃固溶温度下,由纳米尺寸网状Al-Si共晶和过饱和α-Al固溶体组成的激光选区熔化AlSi10Mg显微组织对固溶时间非常敏感,固溶2 min后熔池边界及网状共晶组织消失,固溶5 min后共晶Si便发生明显球化,共晶Si尺寸随着固溶时间的延长而增大。伴随着显微组织的变化,AlSi10Mg的显微硬度从固溶前的HV(119±3.2)迅速降低,并随着固溶时间的延长最终稳定在HV57左右。     

增材制造Ti–6Al–4V组织的演化与拉伸性能的差异

Ti–6Al–4V适用于多种增材制造技术,但是不同增材技术制造的Ti–6Al–4V组织演变形式不同。以沉积效率最低的选区激光熔化和沉积效率最高的电弧填丝增材制造技术为研究对象,总结了这两种工艺条件下Ti–6Al–4V微观组织的演变形式和拉伸性能的差异。选区激光熔化制造的Ti–6Al–4V组织以α'马氏体为主,使其延展性降低。电弧填丝增材技术制造的Ti–6Al–4V晶粒粗大、存在晶界α相,导致其强度较低。针对这些问题,提出了有效改善性能的方法,同时对这两种增材技术的发展和未来的研究趋势进行了预测。     

电子束区熔定向凝固Nb基高温合金的组织和性能

研究了Nb-Si-Ti-Hf-Cr-Al-B-Y合金在电子束区熔炉上的定向凝固组织、室温断裂韧性和高温瞬时拉伸性能.合金的组织主要由Nb基固溶体(Nbss)、α-(Nb)5Si3和(Nb)3Si相组成.定向凝固后,初生Nbss枝晶以及Nbss α-(Nb)5Si3/(Nb)3Si层片状或棒状共晶团均沿着试棒轴线定向排列.当电子枪移动速率R=2.4 mm/min时,定向效果最好.定向凝固使合金在1250℃的拉伸强度及室温断裂韧性均显著提高.R=2.4 mm/min试棒的抗拉强度最高,达85.0 MPa,同时其室温断裂韧性也达到19.4 MPa·m1/2.     

超高速激光熔化扫描速度对Al-Mg-Sc高强铝合金性能的影响

为了明确超高速激光熔化沉积Al-Mg-Sc高强铝合金的沉积态组织及力学性能特征,以7075铝合金为基体,采用自主开发的LDF3000-40型激光熔化沉积设备制备Al-Mg-Sc高强铝合金,探究激光扫描速度对材料微观组织与室温拉伸性能的影响。结果表明：超高速激光熔化沉积样品均无明显裂纹,但含有少量小尺寸气孔。沉积态组织由细小的α-Al等轴晶及弥散分布的Al₃(Sc,Zr)颗粒构成。利用数值模拟进一步研究扫描速度对力学性能的影响,发现在0.1～1 m/s范围内,较高的激光扫描速度能减少粉末材料的堆积,降低沉积层表面的孔隙率,因此可以提高力学性能。沉积态样品最大抗拉强度为303 MPa,断裂伸长率为22.5%。     

激光选区熔化Hastelloy X合金的显微组织与拉伸性能的各向异性

采用激光选区熔化(selective laser melting, SLM)技术制备Hastelloy X合金并进行热处理与热等静压。分析晶粒组织与析出相特性,研究合金的常高温拉伸性能。结果表明:热处理+热等静压后,纵向截面中部分晶粒为柱状晶形态,而横向截面中晶粒基本为等轴晶组织;立方结构的碳化物在晶粒内部和晶界上大量析出,并在晶界处呈连续分布;与SLM成形Hastelloy X横向试棒相比,纵向试棒的抗拉强度低而塑性较高;横向与纵向试棒的拉伸断口均呈现韧性断裂特征;SLM成形Hastelloy X合金室温拉伸性能达到锻造Hastelloy X合金的95%以上,而600℃高温抗拉强度约为锻造合金的85%。     

快速凝固/粉末冶金Al-20Si-7.5Ni-3Cu-1Mg-0.25Fe合金的显微组织与力学性能

采用快速凝固/粉末冶金工艺制备Al-20Si-7.5Ni-3Cu-1Mg-0.25Fe合金挤压棒材,通过OM,SEM,TEM,XRD和拉伸试验等手段研究挤压态和T6态合金的显微组织及力学性能。结果表明:挤压态和T6态合金的主要组成相均为α(Al),β(Si),Al3Ni,Al3Ni2,Al7Cu4Ni和Al4Cu2Mg8Si7。挤压态合金中块状Si相平均尺寸约为2.4μm,且带有明显尖角;T6热处理后,块状Si相发生粗化和球化现象,粗化后其平均尺寸约为3.2μm。T6态合金的室温抗拉强度和屈服强度分别为490MPa和415MPa,硬度达到91.3HRB。挤压态和T6态合金的拉伸断口平整,均属脆性断裂,且断口出现由Si相破裂后形成的小平面。     

选区激光熔化IN718合金室温及高温拉伸性能研究

采用选区激光熔化技术制备了IN718合金,对其凝固组织形成机制和热处理固态相变行为进行了研究,分析了IN718合金经热处理后的室温和高温拉伸断裂机理。研究结果表明,选区激光熔化IN718合金沉积态显微组织为沿沉积增高方向定向生长的树枝晶,枝晶间分布着纳米级Laves相。经标准热处理后晶粒形态没有明显变化,大量γ′和γ′′相以及针状δ相弥散析出,Laves相含量减少,合金硬度较沉积态高约40%。经热处理后,合金垂直于沉积增高方向试样抗拉强度高于锻件,平行于沉积增高方向的试样塑性优于锻件,高温拉伸强度与锻件相当,室温及高温拉伸断裂机制均为微孔聚集型的穿晶韧性断裂。     

拼接顺序对双激光选区熔化成形TC4钛合金成形性的影响

为了提高多激光选区熔化技术在拼接区域的成形质量,研究了不同拼接顺序对双激光选区熔化成形TC4钛合金拼接区域的表面形貌、内部缺陷、拉伸性能等成形性的影响.结果表明,相邻层间条带无相对偏转时,双激光逆序拼接因激光熔化扫描过程中粉末的剥蚀效应导致拼接区域表面起伏较大,且易于产生内部缺陷;双激光顺序拼接可大幅消除拼接区域表面起...     

金属构件选区激光熔化成形技术

金属构件由粉末直接成形是快速成形技术的发展方向.现阶段已有的金属粉末直接快速成形技术主要有选区激光烧结、激光熔覆和选区激光熔化的3种工艺.前两种方法不能直接制造出可直接使用的达到一定尺寸精度和表面粗糙度要求的金属构件.选区激光熔化方法利用直径30～50μm的聚焦激光束,把金属或合金粉末选区逐层熔化,堆积成一个冶金结合、组织致密的实体.其外形不需进一步加工,经抛光或简单表面处理就可直接作模具或工件使用.本文对现阶段国内外快速成形金属零件的主要的3种工艺方法进行简要评述,着重介绍选区激光熔化技术的设备和工艺的研究现状和发展前景.     

电子束增材制造γ-TiAl显微组织调控与拉伸性能研究

研究了电子束选区熔化增材制造Ti-48A1-2Cr-2Nb合金的显微组织与拉伸性能.A1含量的烧损导致显微组织呈现不均匀性,沉积态材料由较大的γ晶粒和被α2晶粒钉扎的链状细小γ晶粒组成.γ相占据89％的体积,但并未显示出明显织构;而α2相显示出14.1倍随机值的(0001)织构,其c轴与沉积方向平行.沉积态材料的室温抗拉强度达到503MPa,而塑性为0.热等静压与热处理后的材料强度稍有下降,但延伸率获得较大改善.直到800℃,双态组织TiAl-4822材料的抗拉强度仍在460MPa以上,而全片层组织材料则维持在400MPa以上.     

低温球磨粉末冶金制备Al-Cu-Mg合金的微观组织及力学性能

利用快速凝固和低温球磨复合工艺制备Al-Cu-Mg合金粉末,通过冷压、热挤压工艺固结成形,并对其进行固溶和自然时效处理,研究该过程中材料的微观组织变化和力学性能。结果表明:球形Al-Cu-Mg合金雾化粉末球磨4h后全部变为层片状,Cu Al2和Al2Cu Mg相发生分解并回溶入α(Al)基体中形成过饱和固溶体;挤压态材料的组织致密(致密度达98.6%),经热处理后平均晶粒尺寸约900nm,自然时效阶段合金中析出大量弥散分布的GP区和S″相;T4态材料的抗拉强度和屈服强度分别为526MPa和397MPa,而伸长率(15%)仍保持在较高水平,其强化方式主要为细晶强化和沉淀强化。     

热处理对激光增材制造Ti2AlNb基合金组织及性能的影响

利用激光增材制造技术制备出Ti-22Al-25Nb合金薄壁试样,分析了沉积态和热处理态试样的宏观形貌、相组成和显微组织,以及不同制度热处理态试样的组织和室温拉伸性能.结果表明,沉积态试样相组成沿沉积高度方向呈现由B2+O+α2→B2+O→B2的变化趋势;热处理态试样的微观组织和相组成均匀,由B2、O、α23相组成;经930℃保温2h空冷的固溶处理和800℃保温24h空冷的时效处理后,合金室温拉伸性能好,抗拉强度为1017MPa,断后伸长率为6.0％.     

激光熔化沉积Ti-6Al-2Zr-Mo-V钛合金组织特征研究

采用激光熔化沉积快速制造工艺直接成形Ti-6Al-2Zr—Mo—V合金板材。激光熔化沉积过程中合金粉末充分熔化并在液态均匀混合以得到成分均匀、全致密的组织。SEM分析表明,激光沉积Ti-6Al-2Zr-Mo—V合金具有均匀细小的α／β双相片层组织,且片层取向随机多样,分布均匀。其组织特点与激光沉积过程中的快速凝固和固态相变有关。解释了其特征组织的形成机理,并讨论了其沉积层组织特征对性能的影响。     

粉末耐热钛合金组织性能及成形技术

采用热等静压技术及旋转电极粉,采用预合金粉粉末冶金工艺开展了粉末耐热钛合金TC11(Ti-6.5AJ-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)制备技术研究,研制出了全致密粉末TC11合金,通过热处理工艺研究优化粉末TC11材料的组织和性能.利用光学显微镜,对其组织进行了分析,用SEM观察了旋转电极粉末形貌,对室温及高温(550℃)拉伸性能及弹性模量等进行了测试分析.粉末TC11合金的组织和性能与同批次TC11锻棒材料进行了对比研究.利用特殊模具成形,开展了粉末TC11构件近净成形技术的研究,实现了整体大尺寸、带网格加强筋的薄壁粉末TC11合金航天飞行器舱体件近净成形,且未检测出内部缺陷.研究结果表明,粉末TC11合金具有与锻造材料相当的拉伸性能,而弹性模量更优,其金相组织均匀细致,形成了网篮组织,并有围绕其分布的等轴α.粉末TC11合金及合适的近净成形技术可在高性价比、高可靠性的轻质耐热航天飞行器构件制备中得到应用.     

Ca对Mg-5Al-8Zn-xCa镁合金显微组织与力学性能的影响

采用重力铸造法制备了Mg-5Al-8Zn-x Ca(x=0,1.75,2.0,2.25,2.5,2.75,3.0,wt%)合金。使用XRD、OM和SEM等研究了Ca含量对合金组织与力学性能的影响。结果表明:铸态Mg-5Al-8Zn-x Ca合金主要由α-Mg基体、β-Mg17Al12相、Mg32(Al,Zn)49相及MgZn2相和Al2Ca相组成。当Ca含量从1.75wt%增加到2.75wt%时,基体晶粒显著细化,β-Mg17Al12相由粗大的连续网状转变为细小的断续网状分布于晶界上,层片状Al2Ca相也显著细化,此时合金的拉伸强度达到最大值138 MPa,较未加Ca时提高了27.8%;Ca含量继续增加至3.0wt%,晶粒又发生粗化,合金拉伸强度发生下降;拉伸断裂形式均为准解理脆性断裂。     

Al–Mg–Si合金电弧熔丝增材构件组织与性能

以复合超高频脉冲方波变极性钨极氩弧(HPVP–GTAW)为热源,Al–5Mg(ER5087)和Al–5Si(ER4043两种焊丝为填丝材料进行铝合金电弧熔丝增材制造,通过控制两焊丝的送丝速度获得不同主要合金元素Mg和Si含量的Al–Mg–Si合金薄壁构件,试验研究不同Mg/Si比及热处理对薄壁构件组织及性能的影响。结果表明:合金组织主要由柱状晶及少量等轴晶组成,呈非均匀分布。调节主要合金元素含量可实现对铝合金增材构件性能的控制,随着Mg/Si比的增加,增材构件的力学性能呈上升趋势,各向同性;经过固溶及人工时效热处理后,增材构件的力学性能得到显著提升,但塑性降低。     

5wt％YAl2p／Mg-Li复合材料的组织与性能的研究

采用搅拌铸造法制备了5wt% YAl2p颗粒增强Mg-14Li-1Al合金基复合材料,研究了YAl2p/Mg-14Li-1Al复合材料的界面、组织特征,并对基体合金和复合材料的室温力学性能进行了测试.组织分析表明,YAl2p增强颗粒在基体合金中分布均匀,界面结合良好,未发现明显的团聚现象,也未观察到化学反应或明显的原子扩散.复合材料的室温拉伸强度为189 Mpa,较基体合金提高了约45.3%,而塑性得到了良好的保持(7%).     

激光沉积制备Nb3Al基难熔金属间化合物研究

通过控制激光功率使Nb-12Ti-22Al(at%)和Nb-22Al(at%)两种成分配比的混合元素粉末在Ti-6Al-4V基体上激光沉积合成了Nb3Al基难熔金属间化合物,并达到了预期设定的成分配比,其显微组织均匀细小,在δ-Nb3Al基体上分布着不同形态的β-Nbss.在合适的激光功率下,无裂纹的沉积层厚度有一定的限制,随着沉积厚度的增加,沉积层中残余拉应力增大,沉积薄壁件容易在底部发生断裂.由于Ti的添加使Nb-12Ti-22Al的的裂纹倾向性小于Nb-22Al.     

高温压缩对高体份SiC_p/Al复合材料组织的影响

采用无压浸渗法制备出结构/热控一体化的高体份(～55%)SiCp/Al复合材料。对该复合材料进行了高温(高于基体熔点)压缩实验。利用XRD和SEM观察分析了高温压缩参数对复合材料相组成及组织形态的影响。研究结果表明:高温压缩后高体份SiCp/Al复合材料的相组成仍为Al,SiC及少量Si和Mg2Si,该复合材料具有较好的高温稳定性;高体份SiCp/Al复合材料高温压缩变形后,基体仍保持连续,颗粒在压力作用下会翻转、部分颗粒会破碎,颗粒尺寸及分布均匀性等组织特性受高温变形参数控制。随着变形温度的升高和应变速率的减小,SiC颗粒的尺寸一致性、圆整度及分布均匀性有所提高;高体份SiCp/Al能复合材料在基体熔点以上的材料状态可视为粘流体,并可认为其具有一定的流动性。变形温度和应变速率对复合材料流动性的影响,使复合材料高温压缩后组织特性呈现四个阶段。