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。     

Microstructure and mechanical properties of hybrid fabricated 1Cr12Ni2WMoVNb steel by laser melting deposition

 Laser melting deposition was carried out to deposit a 1Cr12Ni2WMoVNb steel bar on a wrought bar of same material. Room-temperature tensile properties of the hybrid fabricated 1Cr12Ni2WMoVNb steel sample were evaluated, and microstructure, fracture surface morphology, and hardness profile were analyzed by an optical microscope (OM), a scanning electron microscope (SEM), and a hardness tester. Results show that the hybrid fabricated 1Cr12Ni2WMoVNb steel sample consists of laser deposited zone, wrought substrate zone, and heat affected zone (HAZ) of the wrought substrate. The laser deposited zone has coarse columnar prior austenite grains and fine well-aligned dendritic structure, while the HAZ of the wrought substrate has equiaxed prior austenite grains which are notably finer than those in the wrought substrate zone. Besides, austenitic transformation mechanism of the HAZ of the wrought substrate is different from that of the laser deposited zone during the reheating period of the laser deposition, which determines the different prior austenite grain morphologies of the two zones. Microhardness values of both the laser deposited zone and the HAZ of the wrought substrate are higher than that of the wrought substrate zone. Tensile properties of the hybrid fabricated 1Cr12Ni2WMoVNb steel sample are comparable to those of the wrought bar, and fracture occurs in the wrought substrate zone during the tensile test.     

电子束熔化成形Ti-6Al-4V钛合金研究进展和应用现状

电子束熔化成形技术(EBM)具有成形速度快、能量利用率高和真空环境无污染等优点,适合于Ti-6Al-4V钛合金的制备,在航空航天、生物医疗等领域得到广泛应用。然而,EBM成形Ti-6Al-4V钛合金构件仍然存在的内部孔隙、粗糙的表面和残余拉应力等缺陷,严重影响了成形件的疲劳性能。通过工艺参数的优化及后处理工艺,如热等静压和表面处理等,可以显著改善EBM成形件的疲劳性能。综述了EBM成形Ti-6Al-4V钛合金的成形工艺、微观组织、力学性能和典型的应用现状。重点讨论了影响疲劳性能的因素,并总结了一些提高疲劳性能的后处理方法。最后对EBM技术未来的发展前景进行了展望。     

城市固体废弃物无害化焚烧的探讨

本文介绍了城市固体废弃物焚烧处理过程中重金属，酸性气体和二恶英类等二次污染问题的危害。详细讨论二次污染问题的产生以及控制处理措施。从无害化焚烧角度对焚烧炉提出了要求，提出了21世纪城市生活垃圾焚烧新技术一气化熔融处理方式。     

定向凝固方法对DZ22合金初熔温度的影响

低熔点相Ｎｉ５Ｈｆ是影响定向凝固合金初熔温度的主要因素。本文研究了定向凝固方法对ＤＺ２２合金初熔温度的影响。试验结果发现，ＺＭＬＭＣ法与ＨＲＳ法相比，提高了合金的初熔温度，这是由于ＺＭＬＭＣ法使定向柱晶组织高度细化，元素偏析程度大大减弱，抑制了Ｎｉ５Ｈｆ相的形成     

大规格损伤容限钛合金TC4-DT的研制及应用

为了满足新一代战斗机对大规格损伤容限钛合金的需求，开展了TC4-DT钛合金大规格棒材与锻坯的成分与组织控制、大型锻件热处理过程中的显微组织控制、材料与锻件的制造过程控制、零件的疲劳强化等研究。经过大型铸锭熔炼、大规格棒材和锻坯试制、大厚度锻件试制、结构设计与制造，结果表明：损伤容限钛合金TC4-DT大型铸锭的成分均匀、大型锻坯和大厚度锻件的抗拉强度变异系数降至约2%，激光冲击、喷丸和冷挤压等对该合金的寿命增益效果显著。损伤容限钛合金TC4-DT在新一代战斗机上获得了广泛应用。     

求解等温相变问题的解耦法

基于焓法模型导出了一种求解等温相变问题的简单计算模型.计算模型将温度场与液相分数场进行解耦,即可分别求解出相变控制体和非相变控制体的温度;以长方体容器为例,用计算模型进行计算并将计算结果与实验数据及焓法计算结果进行对比验证,结果吻合的很好;利用计算模型,对长方体容器和圆柱体容器内相变材料熔化时间进行数值计算比较.结果表明,在容器体积和特征尺寸相同的条件下,长方体容器内相变材料的熔化时间几乎只有圆柱体容器的一半.      

容器热物性参数对蓄热系统性能影响的数值研究

建立了分析潜热蓄热系统蓄热性能的二维数学模型,并进行了数值计算.其中考虑了容器壁面的导热,且相变传热只考虑导热模型,对相变材料(PCM)相变过程的求解采用解耦法计算模型.对几种不同材料容器内PCM熔化过程进行了数值计算比较,结果表明,容器材料的导热系数、比热容和密度等热物性参数对PCM的熔化有很大的影响.此外还对不同初始温度和边界壁温对PCM熔化的影响进行了数值计算.所得结论对潜热蓄热系统的热性能及其优化设计有一定的指导作用.      

激光选区熔化制备钛合金点阵材料无损表征

通过激光选区熔化制备BCC和DOD结构的钛合金金属点阵,使用Micro–CT对两种结构的钛合金点阵材料进行扫描和三维重建。Micro–CT图像清晰地显示金属点阵内部结构,BCC和DOD单胞整齐地以周期性进行排列,且内部存在少量圆形、椭圆形缺陷。通过将实际样品三维数据与CATIA数模进行比对,发现钛合金点阵在制备过程中出现一定程度翘曲。此外使用共聚焦显微镜并基于Micro–CT图像对BCC和DOD两种金属点阵进行表面粗糙度测定。结果表明,Micro–CT在钛合金点阵材料内部结构、缺陷、制备误差、粗糙度测试等表征方面具有显著的应用价值。     

激光选区熔化成型316L不锈钢工艺参数研究

针对激光选区熔化成型316L不锈钢工艺参数选择问题,采用单因素条件变量分析法,在激光选区熔化过程中,分析了激光功率、扫描速度对316L不锈钢成型零件表面粗糙度、致密度、硬度和尺寸偏差的影响规律。结果表明：当激光功率降低或者扫描速度提高时,内部能量密度减小,粉末熔化量减少,试样表面球化效应增强,孔隙缺陷增多,试样致密度减小、硬度降低;当激光功率提高或者扫描速度降低时,内部能量密度增大,粉末被过度烧蚀,产生较大的尺寸偏差,所形成熔道易塌陷,导致层间结合较差,试样性能降低。当激光功率为300 W、扫描速度为1000 mm/s时,能量密度适中,形成了较好的冶金结合,抗拉强度可达753 MPa,上表面硬度HRB能达到97.22。该项研究为316L不锈钢激光选区熔化工艺参数的合理选择提供了参考。