电弧增材制造7075铝合金的微观组织与力学性能

7xxx系铝合金电弧增材制造过程中因组织不均匀与元素偏析导致成形试样性能较低,针对这一问题,对电弧增材制造7075铝合金薄壁件进行固溶+人工时效热处理(T6态),对比研究了热处理前后微观组织与力学性能的变化。结果表明,7075铝合金沉积态试样中晶粒被网状共晶组织包围,Zn、Mg和Cu元素在晶界富集,产生元素偏析。经过T6态热处理后,大部分共晶组织溶解,元素分布的不均匀性得到明显改善。与沉积态试样相比,热处理后试样的抗拉强度与断后伸长率增加,抗拉强度从(279.4±5.3)MPa提高至(493.9±10.2)MPa,断后伸长率从3.78%±0.35%增加到9.66%±1.70%。T6态试样的拉伸断口表面密布着韧窝,断裂方式为韧性断裂。     

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。     

航空机载设备用优质铝合金Al7Si0.3MgTiSb

介绍了Al7Si0.3MgTiSb的合金化原理、性能及熔铸工艺特点.指出该合金是一种机械性能和工艺性能优良的热处理型铸造铝合金,适合于制造薄壁、精密的航空机载设备结构件.     

不同热处理工艺下激光增材制造TC4钛合金组织与性能研究进展

由于激光增材制造(Laser Additive Manufacturing,LAM)TC4钛合金加工成形过程的特殊性,导致该合金在力学性能上存在明显的各向异性,同时韧性、疲劳性能不能很好地满足使用要求。从材料组织与力学性能之间的关系出发,介绍了不同热处理工艺对激光增材制造TC4钛合金组织与力学性能的影响,指出了当前激光增材制造TC4钛合金热处理研究中存在的问题,并为后续激光增材制造TC4钛合金的热处理研究提供思路与方向。     

Al-6.3Cu铝合金电弧填丝增材制造成形与组织性能

采用HPVP-GTAW电弧作为热源进行Al-6.3Cu合金的电弧填丝增材制造,试验研究送丝速度和运动速度对成形层高和层宽的影响,并对比分析常规VP-GTAW和HPVP-GTAW两种热源对构件组织性能的影响。结果表明:协调调节WFS和TS可在获得良好成形外观的同时实现对构件尺寸的有效控制;Al-6.3Cu合金构件内部组织呈现出典型层状分布特征,且各部位组织特征相类似,主要由等轴晶粒组成;原始状态下WAAM构件具有很好的塑性,但其强度较低,与常规VP-GTAW相比,HPVP-GTAW有助于提高增材构件的强度。     

2195铝锂合金搅拌摩擦增材制造成形与性能研究

搅拌摩擦增材制造作为一种新型固相增材制造技术,能够有效避免高强铝锂合金元素烧损的同时获得高性能增材构件。本文提出自限位搅拌摩擦增材制造方法,以铝锂合金带材为原料制备多层增材结构件。结果表明,搅拌摩擦增材区内材料流动充分,层间冶金结合良好。增材层晶粒尺寸和沉淀相分布主要受热–机械效应影响,搅拌道次越少的区域,热机效应小,沉淀相越多,硬度越高。单层增材厚度1 mm,增材速率达200 mm/min,增材区硬度最高为126.8HV,达到2195–T8铝锂合金的79.3%。同时,由于部分Cu元素固溶于增材区,搅拌摩擦固相增材区的耐腐蚀性能优于母材。     

增材制造钛铝合金研究进展

钛铝合金具有轻质、高强、耐高温等优异特性,在航空领域,特别是在航空发动机涡轮叶片上具有重要应用价值。然而,钛铝合金的室温脆性大、热变形能力低,使得采用传统的锻造、精密铸造、粉末冶金等技术均难以制造具有复杂形状,特别是具有内部空腔结构的钛铝合金叶片,限制了其性能的进一步提升。增材制造技术能够突破形状的制约,有望发展成为制造钛铝合金复杂结构零部件的新技术。目前,应用于钛铝合金的增材制造技术主要有电子束选区熔化、选区激光熔化和激光金属沉积。本文调研了增材制造钛铝合金领域2010~2020年的文献,对上述3类增材制造技术的原理和特性、所使用合金粉末的特性、打印构件的相组成、组织形貌和热处理工艺、宏观和微观力学性能及其在航空领域的应用等研究进行了对比分析和评述,并对增材制造钛铝合金发展中所存在的问题及下一步研发重点进行了总结和探讨。     

激光选区熔化用AlSi10Mg粉末显微组织与性能

采用超音速气体雾化制备Al Si10Mg粉末,粉末经分级后通过激光选区熔化制成试块。利用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪研究粉末和试块的微观组织、组成相及演变情况,通过拉伸实验测试试块的室温拉伸性能。结果表明,Al Si10Mg粉末粒径分布符合激光选区熔化工艺要求,粉末呈球形或类球形。粉末组织细小均匀,主要由α(Al)基体和(α+Si)共晶组成。试块熔池形貌清晰可见,组织均匀、致密,其致密度达到99.5%;该组织中仅存在α(Al)和极少量Si相,几乎所有合金元素均固溶于Al基体中。经室温拉伸性能测试,试块的抗拉强度达到了442 MPa。     

激光粉末床融合铝合金微合金化研究进展

针对传统铝合金在激光粉末床融合技术(LaserPowderBedFusion,LPBF)中的高裂纹敏感性,总结了近年来通过微合金化方法改善 LPBF铝合金成型性及力学性能的研究进展。综述了微合金元素在成型过程中的作用机理,重点讨论了 Er、Zr元素对微观组织的调控即晶粒细化,总结了 LPBF微合金化铝合金的成型工艺研究,分析了微合金改性后热处理工艺诱导第二相弥散析出及对应力学性能的研究。对未来 LPBF铝合金微合金化研究提出展望,开发新的微合金改性铝合金并探索适合工业生产的热处理工艺,获得低成本、高强度的 LPBF铝合金。     

复杂高筋薄壁构件旋压-增材复合制造技术发展与展望

复杂高筋薄壁构件在航天飞行器中被广泛应用，整体制造是实现这类构件轻量化的重要途径，也是当前制造领域最具有挑战的工程难题之一，其中旋压-增材复合制造代表了复杂高筋薄壁构件整体制造的前沿。近几年，本文作者研究团队在复杂航天薄壁筒段旋压-增材复合制造方向上开展了较为系统的研究工作。从内筋薄壁筒段旋压成形和等材-增材复合制造两个角度对国内外学者研究工作进行总结；同时，从内筋铝合金筒段旋压断裂机制与组织演变规律、筒壁内增材热力学行为与组织调控、旋压-增材复合制造工艺等方面介绍了当前初步研究成果，并对旋压-增材复合制造技术的发展进行了展望。比较全面地梳理了复杂高筋薄壁筒段复合制造技术现状和发展趋势，为复杂薄壁构件整体制造技术研究提供指导。     

低频电磁铸造超高强高韧铝合金元素晶内固溶度和力学性能研究

采用电磁细晶铸造技术,降低其频率,半连续铸造一种新的超高强高韧铝合金(10Zn-2.5Mg-2.5Cu-0.15Zr-余量Al),考察了低频电磁铸造与常规DC铸造组织、元素晶内固溶度和力学性能的区别,重点考察了电磁场频率和安匝数对铸锭元素晶内固溶度和力学性能的影响规律。结果表明,相对常规DC铸造,低频电磁铸造组织细小均匀等轴,合金元素Zn,Mg和Cu在晶内的固溶度增加,铸态维氏硬度、延伸率和拉伸强度增加。频率为15～25Hz和安匝数12800～16000AT时,合金元素Zn,Mg和Cu在晶内的固溶度最高,锭坯维氏硬度、延伸率和拉伸强度最大。其12mm的挤压棒材热处理后的拉伸强度极限为780MPa,延伸率大于8%。     

航空机载设备用优质铝合金A17Si0.3mpMgTiSb

介绍了A17Si0．3MgTiSb的合金化原理、性能及熔铸工艺特点．指出该合金是一种机械性能和工艺性能优良的热处理型铸造铝合金，适合于制造薄壁、精密的航空机载设备结构件．     

微量元素C和Mg对一种镍基高温合金组织和力学性能的影响

通过对微量元素C,Mg含量的调整,来研究C,Mg元素对一种镍基合金组织及性能的影响,结果表明:C含量不足时,合金组织中碳化物数量少,在合金组织中分布不均匀,合金持久性能较低;而适量提高C含量,碳化物均匀分布,持久寿命明显提高.Mg元素含量低时,不影响合金的组织,合金的力学性能没有明显改变;而当Mg含量过高时,晶界碳化物粗大,合金冲击韧性aK值较低,拉伸塑性也降低;当加入最佳Mg含量时,碳化物得到充分细化,晶界碳化物呈粒状分布,合金的aK值和拉伸延伸率δ值显著提高.     

Ic—6铸造Ni3Al基合金的研究

本文研究了Ni_3Al基合金的元素组成、组织控制及其与力学性能之间的关系。探索表明:B、Al、Mo是影响Ni_3Al基高温合金组织与性能的三种主要元素;γ’单相区的尺寸和数量对合金性能有重大影响;一定数量的热稳定性良好的γ相是Ni_3Al基合金取得高性能的基本保证。     

新型高强度抗热腐蚀单晶高温合金研究

对新研发的M09A高强度抗热腐蚀单晶高温合金的组织结构、力学性能、抗热腐蚀性能及长期时效组织性能稳定性进行了研究。结果表明：M09A合金相对IN738合金适当降低Cr含量,为增加强化元素含量提供了可能,从而提高了M09A合金沉淀强化和固溶强化水平;取较低的Ti/Al比可以改善组织稳定性;应用单晶技术和高温热处理,可进一步提高M09A合金的高温力学性能、抗热腐蚀性能和组织性能稳定性;M09A合金抗热腐蚀性能与IN738合金的相当,高温力学性能超过现有的抗热腐蚀合金和典型的高强度定向凝固合金DZ125的,并达到第1代单晶合金的水平;合金组织性能稳定,不含Re、Ru、Hf等贵重金属元素,成本低,密度小,铸造性能较好。     

微量Sr对Al-Mg-Si合金铸态组织与压缩性能的影响

采用金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜和力学性能测试等分析手段,研究了微量sr元素对Al-Mg-Si合金铸态组织与性能的影响.结果表明,在sr的加入量为0.05％时,Mg2Si相已开始细化,尺寸有所减小;在Sr的加入量为0.1％时,初晶Mg2Si相的尺寸明显减小,且分布均匀,形状呈现一定的块粒状,但其棱角还很明显;而在Sr元素量进一步加大时,合金中初晶Mg2Si相的尺寸开始变大,Mg2 Si相聚集长大.加入Sr后合金的抗压强度呈现降低的趋势.     

Al/Mg搅拌摩擦点焊–钎焊接头的微观组织与拉伸剪切性能研究

采用搅拌摩擦点焊–钎焊工艺进行2A14铝合金和AZ31镁合金的连接,使用扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、能量色散谱(Energy dispersive spectroscopy,EDS)和X射线衍射仪(X–ray diffraction,XRD)研究不同参数下接头的微观组织、化学成分及物相组成,采用电子万能试验机对接头进行拉伸剪切性能测试。研究结果表明,搅拌区主要由Al–Mg系金属间化合物和少量MgZn相、MgZn₂相组成;热力影响区主要由富Zn固溶体和Mg₇Zn₃相组成;热影响区靠近铝合金处的锌钎料没有与其他元素发生反应,靠近镁合金处的锌钎料与镁元素发生反应,生成了Mg–Zn系金属间化合物。当轴肩下压量为0.5 mm,搅拌头旋转速度为950 r/min时,接头的拉伸剪切载荷达到最大值7.6 kN。     

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。     

合金成分对TA15钛合金组织及力学性能的影响

为分析TA15钛合金成分的微小变化与显微组织和力学性能之间的响应关系,利用电子万能拉力试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)装置测量了4种不同成分TA15钛合金的室温准静态拉伸性能和动态力学性能,结果表明:Zr元素对室温拉伸强度性能影响微弱,随着主合金元素Al、V和Mo元素含量的增加,初生α相含量减小,次生α相片层较细,合金的强度提高,塑性下降;在临界应变率范围内,合金成分的微小变化对动态力学性能的影响微弱,提高主合金元素Al、Zr、V和Mo元素含量,有利于提高合金的临界应变率,且在此临界应变率下具有优异的动态力学性能;对于空冷条件下获得的等轴组织TA15钛合金,初生α相体积分数越小、次生α相片层较细时有利于室温抗拉强度、临界应变率和动态力学性能的提高。     

超声能场在金属增材制造组织性能调控中的应用

针对金属增材制造构件存在微观组织缺陷、残余应力及各向异性等问题,各种组织性能调控技术应运而生。结合近年来超声能场对增材制造组织性能调控的研究工作,详细分析了超声能场在增材制造过程中的“液–固”双重效应,总结了超声能场对增材制造金属材料的显微组织及其表面粗糙度、显微硬度、残余应力、耐腐蚀等性能的影响。研究表明,超声能场使材料内部组织晶粒显著细化、孔隙率降低、耐腐蚀性能提高;同时使增材制造构件显微硬度升高,应力状态向有利于构件性能的残余压应力转变。