激光选区熔化成形技术在航空航天发动机制造领域的研究与应用现状

本文重点介绍了激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）成形钛合金、镍基高温合金、铜合金等材料体系的研究进展，以及SLM装备与工艺新技术；同时综述了国内外SLM技术在航空航天发动机领域的典型应用；最后在分析现有相关研究和应用的基础上，讨论了SLM技术面临的挑战和未来重点研究方向。     

激光选区熔化技术在航空航天领域的发展现状及典型应用

增材制造技术(AM)是一种基于离散-堆积原理,以计算机模型数据来加工组件的新型制造技术。激光选区熔化(SLM)作为增材制造领域的一项重要技术,以其一体化制造特点和在复杂结构零部件制造领域的显著优势,成为航空航天制造领域的重点发展技术和前沿方向。本文综述了SLM技术的材料体系和应用领域,主要对SLM技术的最新工艺研究和航空航天领域的典型应用进行细致分析。重点阐述SLM铁基合金、镍基合金、钛合金和铝合金等材料体系的研究进展及成果。SLM技术在各领域广泛应用的同时,也存在成形材料内部缺陷多、高性能材料的裂纹及变形、标准体系的欠缺和粉末材料兼容性低等诸多问题和不足之处,使其发展受到一定制约,需要在这些方面做更深入的工作。     

喷射成形技术在涡轮盘高温合金中的应用

喷射成形是一种新型快速凝固技术,采用这项技术制备的镍基合金,具有细小、球状的晶粒和均一的组织,从而提高其性能。本文综述了喷射成形技术在涡轮盘用镍基高温合金中的应用及其发展与研究现状。     

粉末冶金技术在航空发动机中的应用

概述了粉末冶金技术的优势,简要介绍了镍基高温合金、钛基合金、难熔金属、超高温合金、氧化物弥散强化合金和喷涂合金粉末等几种典型的航空发动机用粉末冶金材料。重点阐述了镍基高温合金粉末钛基合金粉末和喷涂合金粉末的制备关键和研究热点,分析了热等静压、喷射成形、注射成形和快速成形工艺的特点和发展状况。最后指出了粉末冶金技术在航空发动机中的应用潜力和研究方向。     

电子束粉床熔融制备镍基高温合金构件的研究进展

镍基高温合金是涡轮发动机和燃气轮机中的重要结构材料,然而其制件传统加工过程复杂、成本高昂且原材料利用率不高。电子束粉末床熔融（electron beam powder bed fusion,EBPBF）技术能够实现复杂结构制件近净成形,是一种高温合金成形的新方案。EBPBF技术实现了以Inconel 718、Inconel 625为代表的高温合金材料构件的成形,并且发展至能够成形无裂纹的高比例γ′相难焊镍基高温合金,甚至直接制备单晶体镍基高温合金构件,材料的性能达到了传统铸锻件的水平。本文回顾近年来以EBPBF镍基高温合金作为研究对象的相关文献,从工艺过程、组织调控、力学性能等角度对EBPBF制备镍基高温合金构件研究现状进行分析总结,并对未来的研究工作提出了展望。     

激光选区熔化成形TC4钛合金的电子束焊接气孔缺陷控制研究

激光选区熔化(SLM)增材制造技术常用于格栅、腔体结构、燃烧室组件等航空、航天、兵器领域复杂小型零件的制造.为了适应大尺寸零部件的制造,较为理想的方案是采用分段增材成形+拼焊连接的方案,针对SLM成形TC4钛合金进行了电子束焊接工艺验证研究,分析了SLM成形材料焊接气孔缺陷及其产生原因,探讨了不同焊接工艺对气孔缺陷的改...     

高功率光纤激光熔化成形IN718的工艺及性能

为研究选择性激光熔化(selective laser melting,SLM)成形工艺参数对镍基高温合金IN718致密度、微观组织和显微硬度的影响,借助FORWEDO LM180型SLM成形机采用不同工艺参数制备了分析试样,通过维氏硬度测试,光学和扫描电镜观测以及X射线检测方法对试样进行了测试分析。结果表明:随激光能量密度提高(激光功率起主导作用),成形试样孔隙缺陷减少,致密度显著提高;在较大激光能量密度下,合金试样微观组织生长趋于均匀,晶粒更加细小;提高激光扫描速率,造成激光辐射和冷却时间变短,合金微观组织生长方向变化显著;SLM工艺复杂的传热特点影响试样组织形貌的复杂程度;合金试样的显微硬度随着组织细化和致密化而提高。     

热处理对激光选区熔化GH3536合金高温拉伸性能的影响

利用激光选区熔化（selective laser melting,SLM）技术可近净成形GH3536合金复杂零件,其高温力学性能是能否安全服役的重要考量指标,本工作研究热处理对SLM成形GH3536合金的微观组织与高温拉伸性能的影响。在1225℃下进行1 h热处理以探究组织性能调控机制,测试GH3536增材试样沉积态与热处理态高温下的拉伸性能,采用扫描电镜研究热处理前后增材GH3536试样的微观组织演变。结果表明：热处理可有效消除晶粒内部的胞状亚晶结构,使位错滑移能力显著增强,其在室温、650、815℃环境下断裂伸长率分别提高75%、92%、683%;另外,柱状晶纵横比的减小使热处理试样的各向异性显著降低;断口分析表明随着拉伸环境温度的增加,热处理试样的断裂模式由沿晶断裂转变为混合断裂。     

激光熔覆工艺的应用

激光熔覆具有广阔的发展前景,潜力很大,经济效益可观,引起国内外广泛的关注,并投入人才物力进行研究。 航空发动机钛合金和镍基合金摩擦副的接触磨损是发动机使用和维修中的一大难题,利用激光熔覆技术则可获得优良的涂层,为燃气涡轮发动机零件的修复开创了一个新途径。该工作研究了激光表面熔覆高温耐磨涂层的激光喷涂技术,在DZ4合金基体上,喷涂CoCrW合金粉末和WC粉末的机械混合物,厚度为0.3mm,提高了高温耐磨及抗腐蚀性能,对镍基合金制造的航空发动机涡轮叶片,利用激光熔覆技术熔覆钴基合金,提高了耐热耐磨性能,与热喷镀等方法相比,缩短了涂层制备的时间,质量稳定,且消除了由热影响可     

O相合金Ti2AlNb的超塑性研究进展

以O相为基础的Ti2AlNb合金具有高的比强度、比刚度以及良好的高温蠕变性能和抗氧化性能,己经成为最具潜力的航空航天高温结构材料.在其实用化进程中,超塑成形是该材料成形加工形成制件的理想工艺.本文综述了Ti2AlNb基合金材料超塑性研究的最新进展,对其超塑变形中的组织特征和变形机制进行了详细讨论.最后,展望了Ti2AlNb基合金超塑性加工未来的发展趋势.     

热等静压工艺对SLM成形K4536合金组织与性能的影响

对选择性激光熔化(selective laser melting,SLM)成形K4536合金试样进行热等静压(hot isostatic pressure,HIP)处理,分析HIP工艺对试样组织及高温力学性能的影响。结果表明:SLM成形K4536合金试样表面存在微裂纹,横向和纵向的金相组织形貌存在差异;试样经HIP处理后,微裂纹得到一定程度上的修复,组织形貌发生变化,并且晶粒中析出较多第二相粒子,经TEM衍射分析得知该析出物为M23C6相;HIP处理后的试样近表面出现30μm左右的"白亮层",经EDS能谱分析可知,该"白亮层"区域是由于铬元素浓度降低所导致;SLM成形K4536合金试样的高温力学性能存在较大差异,纵向试样的高温性能优于横向,HIP工艺后,试样纵向和横向试样的性能值相当,且试样的高温强度降低、高温塑性提高。     

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%。     

基于粉末材料快速成形的复杂零件和模具制造技术

粉末材料激光快速成形技术应用分层制造思想,用粉末将CAD模型转换为零件,不受零件形状复杂程度的限制,无需任何工装模具.它可以划分为很多种工艺,本文主要介绍了华中科技大学模具国家重点实验室快速制造中心研究和开发的选择性激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)技术和选择性激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术.     

钴基合金激光快速成形过程参数和微观组织分析

应用激光直接成形工艺对Co基合金粉末进行了激光烧结试验,得到外观平整光滑的薄壁墙零件.分析了不同工艺参数对所成形金属零件成形性和整体质量的影响规律,同时使用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和透射电镜分析了涂覆层的微观组织特征.     

K417镍基高温合金微动磨损行为的研究

研究了K417镍基高温合金的微动磨损行为。结果表明,K417镍基高温合金的微动磨损可以分为开始、过渡和稳定三个阶段,稳定阶段的微动磨损机理是疲劳脱层。高温下K417镍基合金的微动磨损表面可以形成致密的釉质氧化膜,具有良好高温强度的K417镍基合金基体的支撑保证了釉质氧化膜的连续和完整。通过降低剪切应力的大小和改变其分布形式,釉质氧化膜可以缓解K417镍基合金的微动磨损。     

高温合金718SPF

高温合金７１８ＳＰＦ中国航空信息中心李文澜用于形状复杂的飞机部件的材料必须具备高强度、抗疲劳并耐高温和热燃气腐蚀的特性。Ｉｎｃｏ国际合金公司（ＩＡＩ）研制的Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８ＳＰＦ合金是第一种能够超塑性成形的镍基合金，并且能够满足上述要求。７１８Ｓ...     

粉末冶金γ-TiAl基合金研究的最新进展

γ TiAl基合金是一种具有发展前途的新一代高温结构材料。首先综述了γ TiAl基合金的性能特点和应用前景 ,并简单介绍了该合金的最新基础研究情况。随后介绍了采用粉末冶金方法制备γ TiAl基合金的基本工艺、力学性能 ,最后结合γ TiAl基合金排气阀和板材的研制论述了粉末冶金在γ TiAl基合金制备及近净成形方面的优势和发展前景     

航空用镍基高温合金切削现状研究

镍基高温合金的力学、抗氧化、抗高温变形的性能很好,但是导热系数低、材料塑性大和加工硬化等问题常常制约着镍基高温合金的广泛使用。所以分析和研究零件材料的切削性、刀具制作材料以及切削参数等现状,对解决镍基高温合金难加工问题有很大的帮助。     

铝合金选区激光熔化精密成形及其在航空领域的应用

主要介绍了铸造铝合金的选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形技术,总结分析了ZL1××–ZL4××系4个系列铸造铝合金的SLM成形工艺、SLM成形件热处理工艺等国内外研究现状,以及其在航空工业领域的工程应用,并进一步探讨了铸造铝合金SLM成形技术存在的问题和发展趋势。     

喷射成形高温合金及其制备技术

简要地总结了喷射成形高温材料近年来的研究状况,包括专用高温材料喷射成形装置、技术及其应用结果.同时比较了喷射成形技术与用常规铸锭冶金工艺和粉末冶金工艺制备高合金化高强度高温合金的异同.通过优化氮气与氩气雾化喷射沉积技术,制备了多种优质高温合金沉积坯,沉积坯整体致密、晶粒细小、组织均匀、无宏观偏析、含气量低、冷热加工性能显著改善、力学性能明显提高.