大型钛合金结构激光快速成形技术研究进展

一、引言 钛合金具有密度低、比强度高、屈强比高、耐蚀性及高温力学性能好等突出特点,在航空、航天、石化、船舶等工业装备中用量越来越大而且主要被广泛用作各种机身加强框、梁、接头等飞机大型关键主承力结构件.     

激光快速成形制造技术的应用研究进展

简要介绍了几种典型激光快速成形技术的基本原理 ,分析了激光快速制造技术的研究和应用现状 ,并给出相应的应用实例 ;讨论了激光快速制造技术的研究方向 ,指出这种新技术广阔的应用前景     

高性能金属零件激光快速成形技术研究进展

激光快速成形技术在带来材料成分、组织、性能及零件形状等控制方面高度柔性的同时,也对成形过程及内部质量控制提出了很高要求,需要结合不同的应用方向,深刻认识并掌握成形过程中合金粉末的熔化过程、合金化及反应、凝固行为、应力形成及演化、缺陷和界面等的控制规律。     

航空高性能金属结构件激光快速成形研究进展

高性能金属结构件激光快速成形制造技术是利用快速原型制造(RPM)的基本原理,通过金属材料快速凝固激光熔覆逐层沉积,直接由零件CAD模型一步完成高性能“近终形”复杂金属零件的快速成形制造;是一种代表着先进制造技术与材料发展方向,将高性能结构材料设计、制备与“近终形”复杂零件直接成形有机融为一体的无模、非接触、无污染、数字化、知识化成形制造新技术     

金属材料激光表面改性与高性能金属零件激光快速成形技术研究进展

 简要报道本实验室目前在先进航空金属材料激光表面改性及高性能金属零件激光快速成形技术研究与应用的新进展。主要内容包括 :(1 )钛合金耐磨阻燃激光表面合金化与激光熔覆表面改性技术;(2 )刷式密封及指尖密封跑道高温自润滑耐磨涂层新材料及其激光熔覆制备新技术;(3 )难熔金属硅化物复合材料高温耐磨耐蚀多功能涂层新材料及激光熔覆涂层技术;(4 )高性能 /梯度性能钛合金及高温合金结构件激光快速成形技术。     

激光快速成形飞机金属零件

激光快速成形技术是近几年国际上广泛关注的一种先进实体自由成形技术，利用该技术能够实现高性能致密金属零件的直接成形，具有无模具、短周期、低成本、市场响应快等特点。这些特点为先进飞机和高推比发动机中关键零件的研制及生产开辟了一条快速、经济、高效、高质量的途径。介绍了激光快速成形技术的基本原理及特点，概括了该技术在国内外的发展现状以及在航空领域的应用情况，分析了该技术实际应用过程存在的问题。     

TC4钛合金激光快速成形力学性能

试验研究了TC4钛合金激光快速成形的力学性能.结果表明,成形件室温及高温强度均超过锻件水平,塑性接近锻件水平.严格控制成形气氛中杂质元素的含量能使TC4钛合金强度与塑性合理匹配.     

激光烧结快速成形中的软件系统研究

详细介绍了激光烧结快速成形机的控制软件系统及其实际应用效果.该软件系统结合激光快速成形技术的工艺特点,采用了数据处理与加工控制并行处理的运行机制.     

激光烧结快速成形试样强度的研究

研究了激光烧结快速成形试样密度与其静态强度的关系，烧结粉末中粘结剂含量、激光功率、激光束的扫描速度、扫描间隔以及扫描路径对试样弯曲强度的影响，分析了烧结过程中产生翘曲变形的原因，并通过三点弯曲实验测试了烧结试样的抗弯强度。     

激光粉末床熔融成形仿生梯度多孔结构弯曲性能

梯度材料结构具有优异的力学性能和能量吸收性能,在航空航天、医学植入体、吸能结构等方面具有广阔的应用前景。通过模仿竹子梯度结构,提出了一种梯度极小曲面多孔结构设计方法,并基于该方法设计了线性梯度Gyroid结构和拓扑密度梯度Gyroid结构。利用激光粉末床熔融技术制备了上述多孔结构,并通过弯曲试验和数字图像相关技术对比研究了均匀结构与梯度结构的弯曲性能差异。研究结果表明,Gyroid均匀多孔结构的弯曲弹性模量与孔隙率呈现线性函数关系,且在80%～85%之间具有弯曲断裂临界孔隙率;而线性梯度多孔结构则具有类似竹子的非对称性弯曲行为,当孔隙率以70%→90%形式分布时具有最高的挠曲韧性且无弯曲断裂现象,而以90%→70%形式分布时则具有最高的弯曲强度,比80%Gyroid均匀结构弯曲强度高出36.08%;基于拓扑优化密度云的梯度Gyroid结构具有最优的弯曲弹性模量。本研究工作验证了孔隙率梯度分布模式会改变结构的弯曲变形和断裂模式,可以通过合理的梯度结构设计获得轻质高强抗弯结构。     

激光熔化沉积快速成形TA15钛合金的力学性能

激光熔化沉积(LMD)快速成形技术,利用快速原型制造(RPM)技术在无需任何模具和工装条件下快速制造任意复杂形状零件的全数字化快速制造基本原理,以新材料快速凝固激光冶金制备技术为手段,通过金属材料的激光逐层熔化沉积,直接由零件CAD模型一步完成高性能"近终形"复杂金属零件的快速成形制造。     

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。     

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,...     

选区激光熔化成形AlMgScZr合金组织及性能研究

采用选区激光熔化（SLM）对AlMgScZr合金进行了打印成形,分析了不同激光功率对打印试样致密度、表面形貌、微观组织及力学性能的影响规律。结果表明,激光功率在80~240 W内,AlMgScZr合金的致密度先升后降,当激光功率为200 W时致密度达到最大值,为99.6%;AlMgScZr合金的抗拉强度与致密度密切相关,在近似全致密的状态下,合金的力学性能达到最优,抗拉强度和延伸率分别为492 MPa和18.4%;由于Sc、Zr元素的加入,合金内部形成与基体共格的Al₃（Sc, Zr）相,可作为有效的形核质点促进晶粒细化,其强化机制主要为细晶强化和析出强化。     

激光金属沉积技术研究现状与应用进展

增材制造是融合材料科学、机械自动化及信息技术的先进制造技术,在近30年的发展中,发挥着越来越重要的作用。激光金属沉积(Laser metal deposition,LMD)是基于定向能量沉积(Directed energy deposition,DED)的一种增材制造技术,在近年来受到广泛关注和研究。阐述了LMD技术的基本工作原理及系统组成,重点介绍LMD技术国内外研究进展及应用现状,列举了一些基于LMD的工艺技术开发及装备研发制造,指出了LMD技术在成形效率和成形精度、工艺稳定性及性能一致性等方面的不足。最后,总结了LMD技术未来的5个发展趋势:材料体系集约化、工艺参数系统化、成形过程高效化、设备集成智能化和应用领域广泛化。     

RTM成型石英/苯并噁嗪复合材料的孔隙率研究

采用RTM工艺制备石英/苯并噁嗪复合材料,研究了主要工艺参数对其孔隙率的影响,并和石英/钡酚醛复合材料进行了对比。结果表明,较之纯低压或纯高压的注射方式,先低压后高压的注射方式可显著降低孔隙率;注射温度对孔隙率有一定影响,较佳的注射温度应是树脂黏度达到100～500mPa.s时的温度;孔隙率随着纤维体积含量的增加而减小,而制件厚度对其影响不大。在给定的先1atm后4.5atm的注射压力,50%纤维体积含量,6mm制件厚度,钡酚醛和苯并噁嗪注射温度分别为62℃和96℃的条件下,石英/苯并噁嗪复合材料的孔隙率仅为0.32%,明显低于石英/钡酚醛的3.49%。     

航空航天复合材料结构健康监测技术研究进展

通过在线监测结构响应,实时掌握结构的健康状况,并在此基础上对可能发生的损伤和故障进行预报,以便能及时采取措施,保证复合材料结构的服役安全.综述了几种重要的结构健康监测方法的研究进展、应用场合与发展历程,包括:全局状态感知技术(光纤传感监测法)、全局损伤诊断技术(波传播损伤诊断法)、局部损伤诊断方法(机电阻抗监测法、真空比较监测法、智能涂层法等),讨论了复合材料结构健康监测传感器的安装方法.结合各种技术的发展历程和优缺点展望了航空航天复合材料结构健康监测技术的发展趋势.     

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。     

选区熔化过程多尺度多物理场建模研究进展

选区熔化技术是一种基于粉末床的、能够精确成形复杂零件、调控微观组织和性能的金属增材制造技术,其成形过程的计算机模拟对于生产实践具有重要指导意义。综述了国内外的研究现状,首先介绍选区熔化技术的原理及其特点;然后介绍国内外对选区熔化过程已经开展的计算机模拟技术的研究进展;并进一步重点介绍针对电子束选区熔化过程的多尺度多物理场模型,主要包括:(1)微观尺度电子束与材料相互作用的能量吸收模型;(2)细观尺度从铺粉到粉末加热、熔化、流动、沉积成形全过程的模型;(3)宏观尺度零件成形过程模型。