K4202高温合金激光选区熔化成形微观组织研究

为了实现激光选区熔化成形(SLM)这项新工艺在液体火箭发动机高温合金结构上的推广应用,明晰其强化机理以及研究相应的热处理制度,对激光选区熔化快速凝固条件下组织形成及演化规律、第二相析出特点进行了分析和讨论。采用SLM成形K4202镍基高温合金试样,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)等理化分析手段,将基于ANSYS生死单元技术的温度场数值模拟结果和经典凝固理论相结合,揭示了其组织特征及演化规律:沉积态表现为外延生长柱状晶,层间可见层带组织,顶部出现转向枝晶和二次枝晶臂,γ'强化相和碳化物的析出受到抑制。     

K4202镍基高温合金激光选区熔化成形室温拉伸性能研究

为了将激光选区熔化(SLM)这项技术推广到液体火箭发动机高温合金复杂结构件的成形,满足其使用要求,对SLM成形K4202高温合金力学性能及其强化机理进行研究。沉积态室温下拉伸试验力学性能指标表现出了很强的各向异性,但均接近或超过GH4202锻件标准值,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等理化分析手段揭示了其强化机理主要为细晶强化、应变硬化、沉淀硬化和过饱和的固溶强化。同时研究了固溶、固溶时效、直接时效三种热处理制度对K4202力学性能的影响,结果表明直接时效后的综合力学性能最佳。     

SLM成形Inconel 718合金的组织性能调控研究

针对Inconel 718合金零部件传统制造技术中存在的制造极限问题,基于材料合金显微组织与力学性能之间的相关性等内容,开展激光选区熔化(SLM)成形Inconel 718合金性能的研究,建立了适用于SLM成形Inconel718合金的热处理制度,提高了该合金的室温与高温力学性能。考虑到SLM成形Inconel 718合金组织内部晶粒极其细小、内应力积累较大,传统的热处理制度不再适合新技术成形的零部件,根据基体中二次相的析出温度区间,对该合金的传统后热处理制度进行改进。力学性能测试结果证明:项目组提出的均匀化热处理+固溶处理+双时效的热处理制度能有效改善SLM成形Inconel 718合金的显微组织和综合力学性能,并满足锻件的使用要求。     

激光选区熔化成形Ti6Al4V合金的热处理组织演变机理

激光选区熔化(SLM)Ti6Al4V成形构件需要通过热处理改善其塑性。为探究该过程中的组织特征和演变机理,研究了Ti6Al4V试样固溶时效热处理(910℃/8 h水冷,750℃/4 h炉冷)前后的微观形貌和力学性能。结果表明:沉积态的马氏体α′相尺寸具有层次结构;热处理相变时初生马氏体α′发生分解,小尺寸马氏体α′转变为β相,随后发生β→(α+β)转变,最后得到α相片层和精细(α+β)相结构均匀分布的组织;热处理后材料抗拉强度达1 055 MPa,延伸率提升至16.2%,均优于典型Ti6Al4V合金拉伸性能。采取的热处理技术对Ti6Al4V组织调控成效显著,满足后续工艺要求,可在激光选区熔化成形双相钛合金中推广应用。     

激光熔化沉积15-5PH沉淀硬化不锈钢组织及拉伸性能

利用激光熔化沉积技术制备15-5PH沉淀硬化不锈钢板,利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子探针(EPMA)技术,对沉积态组织进行分析,测试沉积态组织的室温拉伸性能。结果表明:激光熔化沉积15-5PH不锈钢沉积态组织由沿沉积增高方向贯穿多层外延生长的柱状晶组成,柱状晶内包含多个细长整齐排列的胞状树枝晶,枝晶内为马氏体组织,枝晶间为铁素体;沉积态组织中弥散分布大量细小的NbC析出相,尺寸12～20 nm;15-5PH不锈钢沉积态组织具有良好的力学性能,纵向抗拉强度和延伸率分别为1 128.5 MPa和14.0%,横向抗拉强度和延伸率分别为1 101 MPa和12.25%。     

激光选区熔化成形SiCP/AlSi10Mg复合材料工艺及性能研究

为研究激光选区熔化(SLM)成形技术制备SiC颗粒增强AlSi10Mg复合材料的成形机理,开展了SLM成形工艺参数(扫描间距、扫描速度)对致密度、机械性能等影响情况的研究。结果表明:所制备试样中SiC增强颗粒分布均匀,并与基体具有连续相容的冶金结合界面。当激光扫描速度从900 mm/s升高到2 100 mm/s时,在不同的扫描间距下,复合材料试样致密度均随之降低；当扫描间距在0.09～0.12 mm内变化时,在不同的扫描速度下,致密度变化趋势并不一致；在激光功率490 W、铺粉层厚0.04 mm、扫描间距0.12 mm、扫描速度900 mm/s时,制备的SiC颗粒增强AlSi10Mg复合材料试样得到最佳综合性能(相对密度99.1%,显微硬度198.7 HV0.2,抗拉强度341.9 MPa)；在该最佳工艺参数下,成功制备出复杂结构的薄壁零件。研究为SLM成形SiCP/AlSi10Mg复合材料在航空航天和空间领域的应用提供了理论基础和实验依据。     

激光烧结成形法制造功能金属件

美国圣第亚国家实验室新近开发了一种制造功能金属制件的新技术 ( LENS) ,该技术是依靠 CAD固体模型通过激光束将一定的粉末材料烧结 ,不用模子或型具即可形成最高密度的制品。使用钕柘榴石激光器将粉末熔融后凝固 ,如果改变粉末混合物则可制造不同金属、合金和非金属材料制品。所用的原材料包括不锈钢、高温合金、钛合金以及一些陶瓷材料。 LENS法依靠制件的计算机模型通过激光沉积系统 ,实现从底层到顶层逐层变换方向 ( 90°角 )的积层成形 ,适用于宇航、汽车及医学领域。激光烧结成形法制造功能金属件@李宝蓉…     

高温合金涡轮盘坯锭的喷射成形与工艺因素分析

喷射成形作为一种新型快速凝固技术，是适于新型高温合金涡轮盘类坯锭制备的先进金属成形工艺。采用该技术制备的高温合金坯锭具有组织细小均匀、无宏观偏析、改善热加工性和提高材料的使用性能等优点。介绍了喷射成形技术的工艺特点和技术先进性，着重分析了该工艺的重要工艺影响因素及相互关系，并指出其进一步研究的发展趋势。     

等离子熔覆CoCrCuFeNiMn高熵合金研究

采用等离子熔覆技术在Q235钢基体上制备了fcc结构的CoCrCuFeNiMn高熵合金熔覆层,并研究了熔覆层的组织结构以及800℃、1200℃退火对熔覆层显微组织和硬度的影响。结果发现,熔覆层显微组织为树枝晶,枝晶间为富Cu面心立方固溶体,有纳米编织组织析出,枝晶内为多种元素固溶的面心立方固溶体。熔覆层经过800℃和1200℃退火4h后,没有新相析出,元素偏聚现象未发生明显变化,晶粒发生明显的粗化。     

定向凝固铝铜合金一次枝晶间距的研究

本文实验研究了凝固参数对铝铜合金一次枝晶间距的影响。结果表明,一次枝晶间距Z_1,并不随生长速度V或温度梯度G的增加而连续减小,而是在V=(1-3)V_(CS)/k时达到极大值,在G=kG_(CS)时急剧改变,其中V_(CS)和G_(CS)是平面生长成分过冷极限下的生长速度及温度梯度。仅在高速生长条件下,关系式Z_1=KG~-(1/2)V-(1/4)才成立,K——与合金性质有关的常数。一次间距的极大值或突变对应于胞晶——枝晶转变。一次枝晶是在“生长——淹没——竞争再生长”的过程中生长的,竞争再生长的方式是“扰动再生长”及“新晶再生长”。     

定向凝固方法对DZ22合金初熔温度的影响

低熔点相Ｎｉ５Ｈｆ是影响定向凝固合金初熔温度的主要因素。本文研究了定向凝固方法对ＤＺ２２合金初熔温度的影响。试验结果发现，ＺＭＬＭＣ法与ＨＲＳ法相比，提高了合金的初熔温度，这是由于ＺＭＬＭＣ法使定向柱晶组织高度细化，元素偏析程度大大减弱，抑制了Ｎｉ５Ｈｆ相的形成     

炭布叠层穿刺C/C复合材料螺栓连接件微观组织和力学性能

以炭布叠层穿刺结构作为预制体,通过热梯度化学气相沉积(TCVI)工艺,制备了C/C复合材料,并沿不同纤维增强方向加工出C/C复合材料螺栓。考虑到机械加工对C/C复合材料性能的损伤,提出了C/C复合材料螺栓力学性能的测试方法,通过自行设计的模具,对所制备连接件的力学性能进行了测试表征,并利用偏光显微镜(PLM)和扫描电子显微镜(SEM),对C/C复合材料螺栓的微观组织结构及断口形貌进行了分析。结果表明,所制备的螺栓具有较好的抗拉和抗剪能力,沿平行于炭布X-Y面方向(xy向)加工的C/C复合材料连接件具有较高的力学性能,螺柱的抗拉强度和剪切强度分别为52.3 MPa和49.8 MPa,圆柱销剪切强度为52.2 MPa。     

星载激光测高地面数据处理设计研究

星载激光测高技术是对地观测系统中最为核心和前沿的信息获取技术之一,因其具有探测方向性好、测距精度高等特点,在地球科学领域中体现出了巨大的应用潜力。在ICESat/GLAS测高地面数据处理系统的基础上,针对将于今年发射的高分七号卫星的载荷特点,设计了一套星载激光测高地面数据处理系统软件。该软件可实现对星载激光测高数据的地面处理并生成3级数据产品,包含激光能量计算、波形分解和激光脚点定位等,以及相应各级产品的数据质量控制处理。利用高分七号仿真数据对该软件进行相应的性能测试,测试结果表明:该系统软件基本满足需求,已初步具备星载激光测高地面数据处理能力。     

Influence of freezing rate oscillations and convection on eutectic microstructure

As discussed in our review paper (Wilcox, W. R. and Regel, L. L., Microgravity Quarterly, 1994, 4, 147–156), the influence of microgravity on eutectic microstructure has been rather erratic and largely unexplained. Directional solidification in microgravity sometimes coarsened the structure, sometimes made it finer, and sometimes, even on the same system, had no measurable effect. Theoretical models predicted no influence of the weak buoyancy-driven convection that occurs in the vertical Bridgman technique on earth. Thus, we hypothesized that freezing rate fluctuations due to irregular convection might be responsible. For example, with a fibrous microstructure an increase in freezing rate must cause new fibers to form, either by branching or by nucleation. A decrease in freezing rate would cause fibers to terminate by overgrowth of the matrix phase. If the kinetics of fiber formation differs from that for fiber termination, an oscillatory freezing rate would cause the average fiber spacing to deviate from that at a steady freezing rate. We have been investigating this hypothesis both experimentally and theoretically. Vertical Bridgman experiments were performed on the MnBi–Bi eutectic with freezing rate oscillations caused by periodic electric current pulses passed through the material. With increased current amplitude, more and more grains exhibited irregular microstructures. Of the grains with continued quasi-regular rod structure, the microstructure became finer. This result was contrary to that expected from our hypothesis for this system. Numerical modeling also predicted that an oscillatory freezing rate should yield a finer microstructure. It was also predicted that freezing interface oscillations should cause the average melt composition at the freezing rate to deviate from the eutectic. This results in the formation of a composition boundary layer of sufficient thickness that it would become sensitive to convection. Hence we have arrived at a revised hypothesis. On earth, irregular convection causes freezing rate fluctuations that change the interfacial melt composition, leading to a thick composition boundary layer. Convection interacts with this boundary layer to change the interfacial melt composition, thereby altering the response of the system to freezing rate fluctuations.     

轧制变形及随后热处理对板条马氏体的影响

本文研究了轧制变形及随后热处理对板条马氏体的影响,结果表明：大变形量的重度轧制可使马氏体板条趋于沿轧向排列,层片致密,马氏体板条厚度缩减至20nm左右,在板厚方向上形成了显微层压板结构。低于350℃长时退火,组织处于回复阶段,马氏体形态与轧后近似;高于350℃退火,组织开始进入再结晶期,并有新晶粒生成。     

一种面向运载火箭自动对接的三维测量场构建方法

旋转激光自动经纬仪系统(R-LATs)是一种基于前方角度交汇的分布式大尺寸测量系统。各激光扫描基站的布局位置直接影响着测量区域内的测量精度和应用性能。从测量区域的测量不确定度量化着手,利用蒙特卡罗法获取各点的测量不确定度,以测量区域的最大不确定度作为主要优化目标,利用差分进化算法自动寻优,更简单有效地实现了面向运载火箭自动对接的R-LATs系统布站优化。最后进行了运载火箭对接测量场的实际应用验证。应用结果表明:该方法能有效优化激光扫描基站布局,提高系统测量精度,满足实际应用需求。     

空间摄动对InSAR卫星编队的影响研究

针对干涉合成孔径雷达(InSAR)编队卫星的特点,分析了地球形状、大气阻力、第三体引力和太阳光压等空间摄动力对卫星轨道的影响,并仿真讨论其对编队构型的影响。结果表明:地球形状摄动和大气阻力摄动是引起InSAR编队构型变化的主要摄动因素,在这些摄动力的作用下,编队构型的变化主要是沿航迹向的累积变化和编队椭圆的空间指向变化两种,并给出了编队构型随时间的变化量。研究为编队保持控制提供了参考。