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。     

Ti元素对激光金属沉积Nb-Mo-Ta-W高熵合金缺陷的影响

采用激光金属沉积工艺对成分重组设计后的Nb-Mo-Ta-W系难熔高熵合金进行成形制备，利用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对(NbMoTa)₉₀W₁₀和(NbMoTaTi)₉₀W₁₀两种高熵合金的相结构、缺陷与微观组织进行了表征分析，并通过多功能力学试验机对两种合金进行室温拉伸性能测试。结果表明：(NbMoTa)₉₀W₁₀和(NbMoTaTi)₉₀W₁₀两种高熵合金均为单相体心立方结构；Ti元素在Nb-Mo-Ta-W系合金中的晶界处形成了“液态薄膜”，可实现对沿晶裂纹的良好抑制；冶金缺陷的减少以及Ti元素引入的晶格畸变效应，(NbMoTaTi)₉₀W₁₀高熵合金的室温力学性能提升，屈服强度达到1156 MPa。     

Mar-M247铸造高温合金平衡析出相热力学计算与分析

以Mar-M247合金为对象,通过热力学模拟计算,研究合金元素变化对平衡析出相、合金初熔温度和终熔温度的影响规律。结果表明:合金的主要平衡析出相为γ'相、MC、M6C、M23C6型碳化物、μ相及MB2、M3B2型硼化物,合金凝固过程中Hf和Ta元素偏析比较严重;在成分标准范围附近波动时,对初熔温度影响最大的合金元素为Cr、Mo、Ti、Hf;碳化物的析出温度和析出量均随C含量的增加呈线性递增趋势;另外,Hf、Ti、Ta含量的提高有利于MC型碳化物的析出;Cr含量的提高有利于M23C6型碳化物的析出;而W和Mo含量的提高则有利于M6C型碳化物的析出;μ相主要受Mo和W元素影响,随着二者含量的升高。μ相的析出温度和质量分数均升高;Al、Ti和Ta含量变化均会影响合金中γ′相的析出量及析出温度,并且三者对于γ′相的影响程度依次减弱。     

高性能金属零件激光增材制造技术研究进展

激光增材制造(Laser Additive Manufacturing,LAM)技术实际上是一种兼顾精确成形和高性能成性一体化需求的先进制造技术.首先介绍了两种典型激光增材制造技术的成形原理及其特点;然后介绍国内外激光增材制造技术的最新研究进展;再重点介绍西安交通大学在激光增材制造技术方面的最新研究进展:(1)超声振动辅助激光熔覆沉积对IN718沉积态组织与性能的影响;(2)感应辅助激光熔覆沉积DD4定向晶修复DZ125L叶片的研究;(3)CuW功能梯度复合材料的激光熔覆沉积工艺研究;(4)送粉气纯度对激光熔覆Fe314修复40Cr组织与性能的影响;最后阐述了激光增材制造技术所面临的挑战.     

金属构件选区激光熔化成形技术

金属构件由粉末直接成形是快速成形技术的发展方向.现阶段已有的金属粉末直接快速成形技术主要有选区激光烧结、激光熔覆和选区激光熔化的3种工艺.前两种方法不能直接制造出可直接使用的达到一定尺寸精度和表面粗糙度要求的金属构件.选区激光熔化方法利用直径30～50μm的聚焦激光束,把金属或合金粉末选区逐层熔化,堆积成一个冶金结合、组织致密的实体.其外形不需进一步加工,经抛光或简单表面处理就可直接作模具或工件使用.本文对现阶段国内外快速成形金属零件的主要的3种工艺方法进行简要评述,着重介绍选区激光熔化技术的设备和工艺的研究现状和发展前景.     

激光熔覆裂纹的形成机理及控制方法

激光熔覆技术是利用激光辐射使熔覆材料和基体表面同时熔化并快速凝固、从而显著改善基体材料物理性能的一种新工艺方法。但激光熔覆工艺的选择不当则会使熔覆层产生裂纹、气孔、未熔合等,从而影响熔覆制件的综合性能。本文研究了激光熔覆裂纹的种类以及熔覆层的应力类型,分析了裂纹产生的机理,指出材料间热膨胀系数、弹性模量的明显差别及激光熔池区域的温度梯度所决定的热应力是熔覆层裂纹形成的根源。并从熔覆材料和基体材料的合理选择、成形工艺参数的合理设计及热处理等方面,阐述了熔覆裂纹的影响因素和控制方法。     

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。     

K418激光熔覆NiCrWMo组织及耐磨性研究

为研究修复某航空叶片,采用Nb：YAG激光在K418镍基高温合金表面熔覆NiCrWMo涂层。分析了熔覆层组织,测试了熔覆层硬度。结果表明：采用自配的镍基合金粉末,在工艺参数为电流160 A、脉宽8 ms、频率4 Hz时,用激光熔覆能够实现对K418镍基高温合金损伤结构的修复,获得了表面平整、连续,微观组织细密、均匀,与基体呈良好冶金结合,硬度高于基体,无缺陷的熔覆层。     

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。     

耐腐蚀Fe-Cr-Mo-C-B合金的激光表面非晶化及其对结构和性能的影响

铁基Fe-Cr-Mo-C-B非晶合金具有高耐腐蚀性能和高硬度的特点,因而非常适合应用于表面及涂层材料,其较高的非晶形成能力使得采用激光表面处理技术获得理想非晶表面成为可能。采用激光表面熔化技术成功实现了Fe-CrMo-C-B合金的表面非晶化,研究了激光表面熔化工艺参数对合金表面非晶化的影响并建立了最佳工艺。发现合金经激光表面熔化处理后形成了从表面到基体的非晶层、非晶-晶体复合层和晶态基体的多层次结构,并探讨了其形成机理及与腐蚀行为和硬度的相关性。研究表明:Fe-Cr-Mo-C-B合金的硬度和腐蚀行为等表面性能显著依赖于其微观结构,激光表面熔化所获得的非晶表层表现出高硬度和优异的耐腐蚀性能。研究结果也为采用激光表面熔覆技术在其他金属材料表面制备具有实际应用价值的耐腐蚀、耐磨损Fe-Cr-Mo-C-B非晶合金涂层奠定了一定的理论和实验基础。     

高温合金叶片的激光熔覆修复技术研究

航空发动机高温合叶片故障件很难修复,采用先进的激光熔覆技术对高温合金叶片进行深度修理具有重要意义。通过采用合适的激光设备、熔覆粉末,并选取合理的熔覆参数以及热处理工艺等,使熔覆粉末在叶片基体上形成有效的熔覆体,该熔覆体的强度和硬度达到叶片材料性能要求,同时也能保证熔覆体与基体的结合强度,完成高温合金叶片的修复。     

Ni基合金／γ-TiAl基合金的超塑扩散连接

通过对Ni基合金进行激光熔覆γ TiAl基合金涂层处理,对γ TiAl基合金进行激光表面熔凝处理,将异种合金间的连接转化为具有相似显微组织特征的同种合金间的连接。研究了Ni基合金激光熔覆涂层的显微组织特征,探讨了激光表面改性处理和连接温度对Ni基合金/γ TiAl基合金扩散连接质量的影响。结果表明,激光表面改性技术提高了Ni基合金/γ TiAl基合金的连接质量。在连接温度900℃,连接压力60MPa,连接时间1h的连接条件下,可实现Ni基合金/γ TiAl基合金的连接。     

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。     

TiNiMo形状记忆合金的相变、形状记忆效应与力学性能研究

研究了TiNiMo形状记忆合金的相变特性、形状记忆效应和力学性能,结果表明:TiNiMo合金存在一个R相变,Mo的加入降低了TiNi合金的马氏体相变开始温度（Ms）,Ti50Ni48.5Mo1.5和Ti50Ni48Mo2.0合金的Ms分别达到了-85℃,-103℃,这两种合金分别在8.51%和8.26%的预应变下获得了8.06%和7.71%的形状记忆效应。Ti50Ni48Mo2.0合金的屈服强度和抗拉强度分别为589MPa和799MPa,比Ti50Ni48Fe2.0的相应强度分别高73%和31%,同时Ti50Ni48.5Mo1.5的力学性能也较为优异,因而TiNiMo合金是很有发展潜力的新型的记忆合金接头材料。     

钛合金零件的激光成形修复

激光成形修复技术的技术基础是激光熔覆表面修复技术和快速成形技术。常规的激光熔覆技术只是一种表面强化和改性技术,可用于修复一些没有成形形状要求的表面缺陷。激光成形修复则是把激光立体成形技术应用于修复过程,可以实现具有三维形状缺陷的零件的成形修复。     

选区激光熔化制备的高熵合金研究进展

作为打破传统单一主元合金设计理念的21世纪新兴的合金材料,高熵合金以其独特的晶体结构特征及性能特点成为材料学术界研究的热点材料之一.而选区激光熔化技术作为增材制造领域能够制造接近全密度的功能部件,具有可行的经济效益并得到了广泛开发和应用,在挖掘新型合金的性能及应用潜力方面有着得天独厚的优势.因此,近两年来利用选区激光熔...     

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。     

30CrMnSiA高强钢拉杆激光熔覆修复

针对飞机用30CrMnSiA高强钢拉杆的修复需求,以气雾化30CrMnSiA钢合金粉末为熔覆材料,开展激光熔覆工艺研究及拉杆修复。对比不同工艺参数对成形质量的影响,研究最优工艺下焊接接头熔覆区的组织、力学性能以及熔覆层的耐磨损性能,并采用最优工艺对拉杆受损伤部位进行修复及尺寸测量。结果表明：采用最优激光熔覆工艺,可获得与基体冶金结合良好、组织致密的熔覆层,熔覆层由呈柱状或蜂窝状的铁素体及周边的马氏体组成;接头熔覆区的显微硬度在475HV左右,高于基体约36%;熔覆接头平均抗拉强度相比母材增加约9%;耐磨性实验中,激光熔覆试样与30CrMnSiA钢锻件相比磨痕深度减小27.7%,磨痕宽度也减小35.2%,具有更好的耐磨损性能。采用最优激光熔覆工艺获得了熔覆质量良好、尺寸符合要求且基本无热变形的修复拉杆。     

激光熔覆Ni16Ti6Si7涂层组织与耐磨性

以Ni—Ti—Si合金粉末为原料，利用激光熔覆技术在0Cr18Ni9奥氏体不锈钢基材上制备了以Ni16Ti6Si7初生树枝晶和枝晶间γ-Fe—Ni固溶体组成的耐磨涂层。用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等对涂层组织进行了分析，测试了其在高温干滑动条件下的磨损性能。结果表明，由于Ni16Ti6Si7较高的硬度和具有较好韧性配合的涂层组织，激光熔覆涂层具有优异的高温磨损性能。     

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。