热处理对激光选区熔化Al-Mg-Sc-Zr合金组织及性能影响

针对激光选区熔化Al-Mg-Sc-Zr合金强度提升以及与塑性合理匹配等问题,采用致密度最优工艺优化策略,获取了激光选区熔化成形Al-Mg-Sc-Zr最佳参数,并进行了时效与固溶热处理,研究了其对微观组织和力学性能的影响。结果表明：Al-Mg-Sc-Zr在激光功率为360～370 W、扫描速度为800～1000 mm/s、扫描间距为100μm及铺粉层厚为30μm时,致密度和组织缺陷最佳;时效或固溶热处理后,材料组织呈现交替分布细晶区和粗晶区,发生析出相增加强化,屈服与抗拉强度较沉积态得到提升;时效热处理相较固溶热处理,材料晶粒无明显长大,325℃/4 h时效热处理综合力学性能最佳,屈服强度为548 MPa、延伸率为11%;改变Al-Mg-Sc-Zr激光选区熔化成形材料热处理制度,可对其合金晶粒尺寸、析出相尺寸和密度进行控制,实现强度与塑性的合理匹配。     

激光熔化沉积钛合金及其复合材料组织力学性能研究进展

激光熔化沉积(LMD)技术快速、自由的成形特点为航空构件的制造和发展带来了新的设计思路和方法.对激光熔化沉积钛合金与钛基复合材料的组织结构和力学性能进行了归纳分析,包括成形工艺参数、热处理技术以及增强体种类和含量对成形钛合金与钛基复合材料组织力学性能的影响,发现成形工艺参数直接影响粉末熔化程度、熔合质量和成形显微结构,...     

原位拉伸研究热处理对激光选区熔化GH4169合金组织及650℃力学性能的影响

研究热处理制度对激光选区熔化成形GH4169合金组织及高温力学性能的影响。通过自主研发的SEM原位加热拉伸测试平台,探究热处理前后650℃合金力学性能变化与动态组织演变的关系。结果表明：热处理后合金的晶粒形态由柱状晶转化为等轴晶,Laves相溶解,析出大量γ’和γ’’强化相;在650℃下,沉积态合金的屈服强度和抗拉强度分别为574 MPa和740 MPa,热处理态（HSA态）合金的屈服强度和抗拉强度分别为818 MPa和892 MPa,较沉积态分别提升了42.5%和20.1%;沉积态合金表面晶粒起伏更大,协调变形能力更强,塑性流动能力好;裂纹在Laves相周围萌生沿枝状晶向最大切应力方向扩展,样品颈缩后发生剪切断裂;HSA态裂纹在碳化物周围萌生沿晶界扩展,断裂方式为沿晶和穿晶相结合的混合断裂。     

激光熔化沉积GH163/Rene95镍基双合金材料研究

为满足零件不同部位的不同性能要求,采用激光熔化沉积方法制备出GH163/Rene95镍基双合金材料薄壁,着重分析了所沉积材料的微观组织及双合金的界面特征。结果表明,激光熔化沉积镍基合金沿沉积高度方向呈外延生长的定向凝固组织;在双合金界面处,枝晶亦呈外延生长,没有明显的界面;显微硬度测试表明,在双合金界面处,过渡区硬度呈连续变化;GH163/Rene95镍基双合金的界面结合强度高于GH163的强度,沉积态GH163合金的室温抗拉强度在800MPa左右。     

热处理对NiCrAkl／Ni3Al微叠层材料力学性能影响

利用电子束物理气相沉积技术(EB-PVD)制备NiCrAl/Ni3Al微叠层复合材料,对其在制备态和时效态不同温度下的力学性能进行试验,考察不同时效温度对材料拉伸性能的影响.结果表明,制备态样品沿柱状晶晶界发生脆性断裂,而热处理态样品的断口具有典型的韧性断裂特征.力学性能测试结果表明,经过适当的热处理后,微层材料室温和高温力学性能与制备态时相比,有明显的改善.经740℃/32h热处理后,材料性能明显提高.     

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。     

300M钢激光熔覆耐磨防腐自润滑涂层温度场数值模拟研究

为了提高飞机起落架减震支柱300M超高强钢的抗磨性能,突破由于温度梯度过大诱发的激光熔覆耐磨防腐自润滑涂层裂纹等技术瓶颈,基于ANSYS软件的生死单元法编制热循环程序,考虑自润滑相和耐磨相材料热物性参数随温度的变化、相变潜热、激光熔覆过程中与外界的换热、激光熔覆功率、激光熔覆扫描速率等因素对激光熔覆过程温度场、熔池、温度梯度的影响,建立300M超高强钢激光熔覆耐磨防腐自润滑涂层温度仿真模型。结果表明:基体的熔化需要激光、熔化的粉末等综合作用使传导到该区域的有效能量达到熔化的临界值,熔化高度增加率随激光功率的增加先降低后增加,熔化高度减少率随激光扫描速率的增加先变小后变大;由于激光熔覆的不同区域温度、冷却速率差异等综合因素影响,熔覆层熔池的纵截面为勺状熔池;伴随激光功率的增加,由于熔覆层不同区域对能量输入产生的温度响应速率差异导致Z方向温度梯度值增加,且最大冷却速率增加;伴随激光扫描速率的增加,激光输入能量降低,降低了高温区域温度及激光的快速局部加热等综合影响,Z方向温度梯度值降低。通过调控激光参数,在保持熔覆层结合强度的条件下,基体熔凝区能被控制到最小,并能够降低温度梯度。     

激光熔化沉积快速成形TC4钛合金的焊接性能

为了探索激光熔化沉积快速成形技术制备TC4钛合金的焊接性能,分别采用电子束焊、激光焊两种方法制备接头试样,并借助金相、硬度试验等方法获得接头力学性能、显微组织及硬度。结果表明:两种焊接方法得到的接头抗拉强度最高达953 MPa,焊接系数均0.9;激光和电子束焊接焊缝为网篮状α'相马氏体组织,热影响区为α相和针状马氏体组织组成。激光熔化沉积快速成形TC4钛合金和传统工艺制造的TC4钛合金在焊接特性方面表现相当。     

双重退火对激光增材制造Ti60A合金显微组织和力学性能的影响

对激光增材制造Ti60A高温钛合金进行"Tβ-30"(1020°C/1h/AC+700°C/2h/AC)双重退火和"Tβ-10"(1040°C/1h/AC+700°C/2h/AC)双重退火热处理,对比研究了沉积态、双重退火态的显微组织特征,包括α相体积分数(%)、α相板条宽度(μm)、α相长宽比等的差异,并测试了热处理前后的室温拉伸和高温拉伸性能,讨论了双重退火对合金显微组织及力学性能的影响机理。结果表明:"Tβ-10"双重退火态的拉伸强度较高,室温塑性最高,具有优于激光沉积态和"Tβ-30"双重退火态合金的综合性能。研究结果为优化高温钛合金的综合力学性能和提高航天器钛合金构件综合力学性能提供了参考。     

选区激光熔化成型悬垂结构特征模拟分析

针对选区激光熔化成型悬垂结构过程进行温度场与应力场模拟。利用有限元分析软件建立三维瞬态选区激光熔化成型悬垂结构的过程模型,分析加工过程温度场应力场分布情况及变化趋势。针对不同激光功率与扫描速度对悬垂结构成型质量的影响进行仿真分析与实验验证。分析结果表明,在选区激光熔化成型悬垂结构过程中,在激光扫描悬垂位置时熔池温度值明显高于激光扫描打印件中心位置时的熔池温度,成型件与基板接触的边角位置具有最大的残余应力,悬垂结构位置出现明显变形,在激光功率与扫描速度比值不变情况下,激光功率越大,悬垂结构位置变形越大。     

机载设备轻量化结构件力学性能3D打印质量提升研究

在复杂热循环（瞬时加热与冷却）的影响下,3D打印工艺会表现出与铸造、锻造、焊接等状态下截然不同的组织特征;同时,由于温度场的不均匀分布,可能会产生较大的残余应力,这往往使得沉积态金属的力学性能恶化,难以满足质量要求。因此,针对提升机载设备轻量化结构件力学性能要求,采用选区激光熔化成形法获取3组试棒和试块,然后对其中两组试棒和试块,分别进行空冷、冲氩气冷却退火热处理,并对沉积态和两种热处理态的内部质量和力学性能进行了研究分析,最终提出最适合的加工工艺方法。     

激光熔化沉积技术在制备梯度功能材料中的应用

激光熔化沉积(LMD)是一种典型的增材制造技术,与传统的成形工艺相比,具有加工周期短、设计灵活、成形件尺寸精度高、绿色环保等一系列特点。梯度功能材料(FGM)是一种先进的功能性材料,其内部没有明显的界面,材料的成分、组织性能呈梯度变化。在梯度功能材料的制造方法中,激光熔化沉积既可以缓和不同材料间的应力,保证材料优良的成形性,又可以通过灵活的设计来控制成形件组织和性能的变化和分布规律,为梯度功能材料的制造提供了一种新途径。介绍了激光熔化沉积的技术特点、梯度功能材料的特点与应用、国内外激光熔化沉积技术制造梯度功能材料方面的研究进展,以及团队目前在此领域的研究状况,同时分析了利用激光熔化沉积技术制造梯度功能材料的发展前景。     

5083铝合金摆动激光电弧复合焊工艺研究

为了减少铝合金激光焊接内部气孔,提升焊缝质量,采用摆动的光纤激光对6mm-5083铝合金锁底对接接头进行摆动激光-MIG复合焊接。研究了摆动激光束的频率、振幅对焊缝内部气孔数量和熔深的影响,并采用正交试验研究了激光功率、焊接速度、焊接电流、摆动频率对焊缝内部质量的影响,获取了最优参数,进而分析了最优参数下焊缝的微观组织及力学性能。试验结果表明,激光束摆动频率及振幅的提升均有助于消除气孔缺欠,各因素对气孔率的影响大小依次为光束摆动频率、焊接电流、焊接速度、激光功率,当采用功率6400W、焊接电流136A、焊接速度28mm/s、摆动频率240Hz、摆动振幅1 5mm的参数焊接6mm-5083铝合金时,焊缝内部无明显气孔,接头平均硬度为70.4HV,焊缝强度278MPa,达到母材91.9%。     

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。     

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。     

FGH96激光熔化沉积成形过程对组织与性能的影响

FGH96镍基粉末高温合金可作为航空发动机高性能涡轮盘的理想材料。采用4种不同扫描方式分别对FGH96进行激光熔化沉积。主要研究了不同扫描方式对FGH96沉积态的组织和性能的影响。结果表明,沉积层的微观形貌主要为外延生长的柱状晶,平行扫描方式均发现有微裂纹产生,而往复扫描方式并未出现开裂现象。成形零件的显微组织主要由固溶体基体相、Laves相和碳化物组成。采用层间相同平行往复方式所得的成形件具有较大的表面硬度,平均值为389.3HV0.2。成形件具有优良的力学性能,断裂方式均为塑性断裂,采用层间相同平行往复方式可得到1065.29MPa的抗拉强度、28.17%的延伸率。     

不同扫描速度下激光熔覆修复TC4合金表面性能

在当前的航空产业中，激光熔覆是一种理想的TC4合金部件修复和表面处理技术，在工艺方面具有优于传统金属修复技术的优势。本工作在功率2 kW下，通过不同的激光扫描速度，对合金试件表面进行激光熔覆修复加工，检测分析修复后表面的金相组织变化、电化学腐蚀性能和力学性能变化。结果表明：在激光修复过程中发生了显著的显微形貌变化；激光扫描速度为150 mm/min的修复表面耐腐蚀性能最佳；200 mm/min的修复表面显微硬度和耐磨性能最佳。     

稀土改性高强铝微桁架激光增材制造工艺调控

微桁架夹芯板点阵轻量化结构在航空航天领域有重要应用,选区激光熔化（SLM）增材制造技术可克服传统工艺局限性,高质量一体化成形复杂点阵结构。以稀土Sc改性高强Al-Mg合金为对象,采用SLM工艺对其进行工艺优化试验,并基于优化结果对微桁架夹芯板开展一体化成形工艺调控研究。研究结果表明：SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金表面质量、冶金缺陷等随激光参数发生显著变化,在激光功率400 W、扫描速度800 mm/s的条件下获得较高表面质量（粗糙度为13.2 μm）及致密度（相对密度为99.5%）。当扫描速度较低时试件熔池底部形成一次Al₃Sc析出相,而当扫描速度过高时因凝固速度过快析出相减少,导致试件显微硬度降低。在优化工艺区间内,随激光扫描速度增加SLM成形Al-Mg-Sc-Zr微桁架夹芯板粘粉比例下降,构件质量随之减轻;水平方向构件尺寸精度、桁架微杆成形精度均随扫描速度增加而增加。     

铝合金熔化极焊接接头组织分区

目前铝合金熔化极气体保护焊接头传统分区过于简单,难于表征解释接头性能及组织演变。本文采用彩色金相腐蚀观察技术,结合焊接热循环特征,进一步把铝合金焊接接头分为焊缝、未混合区、部分熔化区、真实热影响区、母材等区域。对各区微观组织特征进行观察分析,阐述未混合区的形成机理,部分熔化区的晶界液化现象,多层多道焊缝组织的影响规律。结果表明控制热输入,制定合理焊接工艺,减少高温停留时间,控制焊缝稀释率,设计合理的焊接接头,合理控制焊接接头组织对于提高厚板铝合金焊接接头力学性能具有重要意义。     

2024–T351铝合金激光冲击微观组织强化机制分析

激光冲击强化在航空制造业中具有广泛的应用前景,研究其强化机制对认识工艺过程材料响应行为,合理规划激光冲击强化工艺具有重要意义。采用电子背散射衍射与X射线衍射表征激光冲击强化材料微观组织演化状态,对微观组织强化机制进行分析。通过室温拉伸试验对激光冲击强化2024–T351铝合金试样进行测试,研究其对铝合金力学性能的影响。研究结果表明,激光冲击强化通过引入应变梯度在材料中引起轧制方向晶粒断裂并生成小角度晶界,同时引发统计存储位错大量增殖。激光冲击强化主要通过位错强化机制提升材料的屈服强度与抗拉强度,细晶强化与固溶强化机制贡献不显著。