激光功率对DH36船用钢力学性能及强化机制的影响

目的提高DH36船用钢表面力学性能及研究其强化机制。方法采用不同激光功率对DH36船用钢表面进行激光重熔。随后使用OM、SEM、TEM、万能力学试验机和维氏硬度计研究了激光功率对DH36船用钢组织转变、析出相和力学性能的影响。利用Rosenthal模型计算出了熔池内的温度梯度、冷却速率和凝固速度。分析讨论了不同激光功率下重熔层内显微组织的转变过程。比较了不同激光功率作用后DH36船用钢的拉伸性能和显微硬度。结果激光功率为1500 W时,最大的屈服强度和抗拉强度分别为495.7 MPa和615.5MPa。重熔层内显微硬度沿z方向呈逐渐下降趋势,激光功率为1000 W时,具有最大的硬度值448HV。随着激光重熔功率(P)的增加,熔池内的温度梯度的最大值(G_(max))单调增加,而凝固速度的最大值(R_(max))则与P无关。当v=10 mm/s时,激光重熔DH36钢的熔池内有R_(max)=0.0983 m/s。在P=2500 W时,熔池内有G_(max)=107700 K/m。功率为1000 W时,晶粒内弥散着纳米渗碳体,强化机制为第二相强化;功率为2500 W时,晶粒内和晶界处出现尺寸较大的析出相,强化机制为固溶强化。不考虑P=1000 W,激光功率越大,重熔层硬度的提升效果越明显。结论激光重熔工艺可有效地提高DH36船用钢表面力学性能。不同激光功率下,船用钢重熔层内的强化机制不同。

激光快速成形金属薄壁零件的三维瞬态温度场数值模拟

利用ANSYS有限元软件中的'生死单元'技术,建立了与激光快速成形过程一致的三维瞬态薄壁零件温度场计算模型。通过该计算模型,可以掌握成形过程中薄壁零件温度场随时间的变化规律。计算结果表明,金属薄壁零件中,与x方向温度梯度相比,y方向温度梯度占绝对优势,因此在薄壁零件冷却过程中,热量散失主要方向为y方向。激光功率越高,y方向温度梯度也越大,因此形成的枝晶组织就越细长。

激光快速成形316L不锈钢/镍基合金/Ti6A14V梯度材料

用激光快速成形法制备了致密、无裂纹的316L不锈钢(SS)/镍基合金/Ti6A14V梯度薄壁件.EDS与XRD分析显示,在316L SS/镍基合金梯度过渡区内为单相γ奥氏体,硬度沿316L SS到镍基合金方向逐步增加;在镍基合金/Ti6Al4V梯度过渡区内,组织变化顺序为:γ→γ+β+TiNi_3+Ti_2Ni→TiNi_3+Ti_2Ni+β→Ti_2Ni+β→α+β+Ti_2Ni→α+β;过渡区内,Ti6A14V含量为20%(质量分数)时,硬度达到最大值HV_(10)830,随后,随Ti6A14V含量增加,硬度逐渐减小.

扫描速度对激光快速成型316L不锈钢组织性能的影响

研究了在激光功率 90 0W条件下 ,扫描速度对激光快速成型不锈钢零件组织、性能的影响。在各扫描速度下 ,所成型的不锈钢薄壁板件的组织均为枝晶组织。随扫描速度提高 ,不锈钢薄壁板的定向生长树枝晶组织细化 ,枝晶间距变小。同时其沿X方向的机械性能 (抗拉强度及硬度 )

激光快速成型致密金属零件的研究

采用激光快速成型技术制备出316L不锈钢薄壁矩形管和663锡青铜扭曲薄壁方管.所成型金属零件的组织均匀、致密,没有缺陷.沿金属薄壁零件高度方向的化学成分分析表明,零件中的化学成分分布均匀,且与金属粉末的化学成分相同,未发生成分偏析.同时,激光快速成型的金属薄壁零件的力学性能与常规加工方法制造出的零件相当.使用表明激光快速成型的金属零件可以满足直接使用要求.

退火温度和压下量对点式锻压激光成形TC17钛合金组织性能的影响

采用点式锻压激光成形(PF-LF)技术成形了TC17钛合金厚壁零件,研究了退火温度和压下量对基于PF-LF的TC17钛合金厚壁零件组织和性能的影响。结果表明,压下量越大,基于PF-LF的原始态TC17合金试样中静态再结晶的平均晶粒尺寸越小,试样的拉伸屈服强度、抗拉强度和伸长率越大。随着退火温度的升高,退火态PF-LF TC17合金试样中的等轴晶平均晶粒尺寸保持不变,α相体积分数减少,针状α相尺寸变大、长径比减小,β相体积分数增加。退火态PF-LF TC17合金拉伸试样的屈服强度和抗拉强度降低,伸长率升高;增大压下量可以小幅度增加原始态和退火态PF-LF TC17合金试样的拉伸力学性能;在压下量为0.15和0.25 mm条件下,770℃/4 h/AC退火态PF-LF TC17合金厚壁零件的拉伸力学性能均明显超过TC17合金锻件退火拉伸力学标准。

激光快速成型不锈钢零件的研究

采用激光快速成型先进技术制造出 3 16L不锈钢薄壁金属零件。研究结果表明 ,所成型零件的组织致密 ,组织特征为枝晶组织并且化学成分分布均匀。同时 ,金属薄壁零件的力学性能与常规加工方法制造的零件的力学性能相当 。

激光快速成形镍基高温合金研究

在单道熔覆及薄壁墙试样制备的基础上 ,大致确定出Rene′95激光快速成形时的工艺参数和每层沉积高度 ,根据此高度对零件的CAD模型进行分层切片处理 ,生成二维平面信息 ,经过数据后处理并加入加工参数 ,生成数控信息输入成形系统 ,控制成形系统的沉积过程顺序完成各层的成形制造 ,直至加工出与CAD模型相一致的具有复杂外形的致密的金属零件。成形所用激光功率 16 0 0W ,扫描速度 3mm/s ,送粉速率 6 2g/min ,载气流量 0 3m3 /h ,所制零件总高 112mm(共沉积 380层 ) ,壁厚约 3mm ,每层沉积高度为 0 3mm ,零件具有良好的外形和尺寸精度。结果表明 :激光快速成形Rene′95镍基合金组织致密 ,成分均匀 ,沿成型高度方向具有定向凝固组织特征 ,具有较高的力学性能 但由于成型时存在很高的残余应力 ,容易导致开裂 ,通过基板预热可减缓应力。

金属直薄壁件激光直接沉积过程的有限元模拟 Ⅱ．沉积过程中热应力场的模拟

建立了按激光光斑直径逐点沉积热力耦合的热应力有限元分析模型．316L不锈钢直薄壁件沉积过程的热应力模拟结果显示,拉应力区出现在基板与沉积部分界面处(界面拉应力区)和沉积部分顶部(顶部拉应力区);拉应力区的位置随激光束的运动不断变化．实验证明,沉积过程中的开裂分别发生在沉积部分顶部(顶部开裂)和基板与沉积部分界面处的边缘部位(边缘开裂)．顶部开裂出现在顶部拉应力区,边缘开裂出现在界面拉应力区中拉应力最大的边缘部位．有限元模拟结果很好地解释了实验中的开裂现象．

原位合成法在材料制备中的应用及进展

综述了原位制备材料的主要方法、原位合成材料分类、原位形成机制、材料的微观结构特性及其影响因素等,总结了原位合成技术的优缺点,展望了原位合成技术的进一步发展。

激光快速成形316L不锈钢的组织及性能

基于一般快速成型原理 ,采用激光熔化同轴输送的 316 L不锈钢粉末 ,在沉积基板上逐层堆积出薄壁金属零件 ,所制零件组织致密 ,成分均匀 ,具有快速凝固组织特征 ,力学性能与铸态及锻造退火态相当 。

激光快速成形316L不锈钢研究

介绍激光快速成形 3 1 6 L不锈钢的有关情况 ,研究了不同激光功率和扫描速度情况下 ,单道激光熔覆层及多道搭接的组织及宏观形貌 ,研究了不同工艺条件下所制备薄壁墙的组织及性能 ,在此基础上进行了简单外形块体材料及复杂外形薄壁零件的制备。研究表明 ,采用激光快速成形制备的 3 1 6 L不锈钢零件组织致密 ,成分均匀 ,具有快速凝固组织特征 ,力学性能与铸造及锻造退火态相当 。

金属零件激光快速成型技术研究

详细介绍了金属零件激光快速成型的原理、技术特点、系统组成及国外最新研究成果。我们建成了金属零件激光快速成型的专用系统,研究了663锡青铜及316L 不锈钢的激光快速成型工艺及零件的组织性能,成功制备出具有一定复杂外形的零件,所制零件组织致密,力学性能与铸造及锻造退火态相当,显示出广阔的发展前景。

激光直接堆积成形铜合金的组织及性能

基于快速成型原理 ,采用激光熔化同轴输送的铜合金粉末 ,在沉积基板上直接制备出具有一定复杂外形的零件。零件组织致密 ,成分均匀 ,力学性能较铸态有所提高 ,能满足直接使用的性能要求。

金属零件的激光直接成形研究

着重介绍了金属零件激光直接成形的技术特点、系统组成及初步研究结果。采用激光来熔化同步供给的金属粉末 ,可实现复杂形状零件的直接制造 ,零件组织致密、细小均匀 。

金属直薄壁件激光直接沉积过程的有限元模拟 Ⅰ．沉积过程中温度场的模拟

建立了模拟直薄壁件逐点沉积过程中温度场的有限元模型,用等价导热系数和焓值法处理了固-液耦合热传导问题和固液混合区的焓．模拟结果真实地反映了沉积316L不锈钢直薄壁件的温度场特征．通过对模拟结果的分析得出,在高温阶段 (700℃以上)熔池的平均冷却速率达到103℃/s数量级,在240℃以下的冷却速率仅为10℃／s数量级．基板的温度变化经历温度上升、温度平稳、温度下降3个阶段;在温度下降阶段,基板中的热传导对熔池冷却速率影响很小．有限元模拟结果与已有文献的实验测量数据吻合很好．

Al/SiC复合材料激光快速成形的研究

激光快速成形技术制备Al/SiC复合材料基于快速成形原理 ,通过激光熔化同轴输送的Al/SiC复合粉末 ,在基板上直接成形出薄壁样品。鉴于Al/SiC复合粉末的特点 ,采用基板预热并预涂覆吸光涂层以降低所需的激光功率 ,避免铝的过度熔化和SiC的分解。所制得的Al/SiC复合材料组织均匀、细小 ,SiC分解量很少且分布均匀 ,有少量的Al4C3 ,Al4SiC4及单质硅生成。

金属直薄壁件激光直接沉积过程的有限元模拟 Ⅲ．沉积过程中变形的分析

利用模拟不锈钢直薄壁件沉积过程中热应力场的计算结果,分析了直薄壁件产生的“圣诞树”台阶和基板的变形特征．分析结果说明,“圣诞树”台阶产生的原因是激光束扫描路径的起点与终点处温度场特征的不同和熔池温度的差别．基板的翘曲变形仅产生在基板上有沉积材料的部位,基板的左、右端部产生刚性位移．基板端部位移的实验测量与有限元计算结果相符合,证明了分析温度场和热应力场的有限元模型的正确性．

激光熔覆沉积制备多层316L不锈钢-Stellite31合金梯度功能材料

采用激光熔覆沉积方法,在送粉时通过原位混合316L不锈钢和Stellite31合金两种粉末并改变两种粉末的比例,直接制备出316L不锈钢-Stellite31梯度功能材料。沿梯度方向对所制材料的成分、组织、硬度进行了分析测试。结果表明,激光熔覆沉积实现了不同比例316L不锈钢和Stellite31合金的原位均匀合金化,所制备梯度功能材料沿梯度变化方向的微观组织、成分及硬度呈连续变化。

不锈钢表面激光熔覆镍基合金层研究

采用多层多道搭接的激光熔覆方法在0Cr18Ni10Ti不锈钢表面上分别熔覆两种镍基合金涂层。1#合金涂层的硬度在HRC34左右,无开裂;2#合金涂层的硬度在HRC47左右,易开裂。采用硬度较低的1#合金涂层作为过渡层成功解决了2#合金涂层的开裂问题,成功制备出大面积较厚涂层。经光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及能谱(EDS)分析可知,大面积熔覆层的表层主要由γ-Ni枝晶、块状γ-Ni和M12C型碳化物增强相组成。显微硬度测试表明,表层平均硬度达HV0.2583,自熔覆层表层至基体,显微硬度逐渐降低。