基于金刚石热历史的超硬磨具激光增材制造工艺与组织性能优化

超硬磨具激光增材制造过程中,金刚石极易受到激光直接辐照和高温熔池的影响,出现石墨化等热损伤现象.选取典型的金刚石磨具用金属结合剂CuSn10粉末,采用粉末床熔融(Powder Bed Fusion-laser Beam,PBF-LB)技术制备CuSn10-金刚石复合材料;围绕高能激光束和高温熔池两个影响增材制造过程中金刚石颗粒性能的关键因素,以单颗金刚石颗粒为研究对象,通过有限元模拟分析构建金刚石颗粒的温度场模型,反映了金刚石颗粒在PBF-LB中的热演化过程;阐明了PBF-LB过程金刚石的热损伤机制,发现金刚石发生石墨化转变并不是由激光的直接辐照造成的,而是由高温熔池的热影响导致,CuSn10-金刚石复合材料在PBF-LB过程中石墨化的临界温度为1491.6℃.建立了PBF-LB工艺-金刚石颗粒温度-石墨化程度-摩擦磨损性能的定量关系,发现随着金刚石颗粒温度的增加,其石墨化程度增加,严重损害了复合材料的摩擦磨损性能.

Nb、Cr和Mo对新型β/γ-TiAl合金组织与相变的影响

为了研究TiAl合金中β相稳定元素对显微组织及相变温度的影响,本文在Ti-43Al合金的基础上,通过单独与复合添加Nb、Cr、Mo 3种合金元素,获得了新型β/γ-TiAl合金,并系统研究了3种元素的作用规律.结果发现:Nb促使合金形成片层结构,Cr、Mo使合金分别形成近γ组织和针状魏氏组织;3种元素对β相的稳定能力为Mo>Nb>Cr;复合添加Nb、Cr、Mo元素对β相的稳定作用比单一添加更为显著;3种不同元素对α+β+γ三相区范围有显著影响,对α2+γ→α转变的共析温度(te)影响较大,而对γ→α的转变温度(tα)影响较小,Ti-43Al-4Nb-2Mo-0.2B合金的α+β+γ三相区最窄约为15℃,而Ti-43Al-6Nb-0.2B合金的α+β+γ三相区最宽约为95℃,Ti-43Al-4Nb-1Cr-1Mo-0.2B合金的α+β+γ三相区为55℃.

金属增材制造技术在核工业领域的应用与发展

增材制造能够制备任意复杂形状的零件,具有快速、高效、经济、全智能化和全柔性化制造的优势。本文总结了国内外典型的金属增材制造技术,介绍了金属增材制造技术在核工业领域的应用,梳理了增材制造核材料产品的性能表现,并以实际案例证明了金属增材制造技术在核工业领域的优势。本文结合革新性反应堆技术在核材料中的应用背景,展望了增材制造技术在核材料领域的发展趋势。

激光熔覆法制备WC-Co球粒强化高熵合金复合硬质涂层的组织与性能

在FeCoCrNiMo0.15高熵合金(high entropy alloy,HEP)粉末中分别添加WC和WC-Co硬质相球粒,然后采用激光熔覆法在304不锈钢基材上制备2种以Fe Co Cr Ni Mo0.15高熵合金为基体的硬质复合涂层WC/HEA和WC-Co/HEA,研究这2种复合涂层的微观组织、硬度、耐磨与耐蚀性能,并与真空扩散焊制备的Ni60/WC复合涂层性能进行对比。结果表明,WC-Co/HEA涂层中WC颗粒的球形度高,涂层内气孔和裂纹较少,添加Co元素可有效避免激光熔覆过程中WC发生分解。WC/HEA和WC-Co/HEA复合涂层的平均显微硬度(HV)都在800MPa以上,其中WC-Co/HEA涂层的平均显微硬度(882.55MPa)高于WC/HEA涂层的硬度(817.27MPa),且其平均摩擦因数(0.40)略低于WC/HEA涂层(0.46)。与Ni60/WC涂层相比,HEA基涂层对WC的保持性和润湿性更好,能降低涂层与WC之间的界面反应,因此WC-Co/HEA复合涂层的显微硬度、摩擦磨损性能、耐蚀性能均优于Ni60/WC和WC/HEA涂层。

冷喷涂铜基金刚石复合涂层的结构与性能

钛合金因高比强度广泛应用于航空航天领域,但滑动摩擦性能较差,严重影响相关构件的寿命。表面改性是改善钛合金摩擦行为的常用手段,金属基金刚石复合涂层是其中一个重要研究方向。本文采用喷雾造粒结合冷喷涂在TC18合金表面制备致密的铜基金刚石复合涂层,研究复合粉末的冷喷涂沉积原理以及涂层热处理前后的微观结构与力学性能。结果表明,喷雾干燥制备的金刚石/铜复合粉末达到冷喷涂工艺要求;通过冷喷涂沉积,金刚石弥散分布在涂层中,质量分数为0.74%,且未发生损伤与石墨化;冷喷涂态金刚石/铜涂层具有优异的电导率和较高的硬度;涂层磨损形式为剪切断裂和剥离;600℃热处理后复合涂层硬度(HV)降低至95.8,导电率提升至89.3%IACS,涂层的摩擦行为得到改善,磨损率降低41%。

Ti-45Al-8Nb合金PST晶体片层取向与力学性能的关系

通过对片层取向与单轴应力方向呈不同角度的Ti-45Al-8Nb(原子分数,%)合金多孪晶合成(PST)晶体进行压缩实验,获得了室温压缩性能,分析了断口形貌及断裂失效的原因,并对Nb的强化作用进行了分析.PST晶体片层取向平行或垂直于应力方向时,剪切变形沿垂直于片层界面的方向前进;而当片层取向与生长方向夹角为45°时,剪切变形沿平行于片层界面的方向前进.0°取向PST晶体屈服强度最高,可达1296 MPa;45°取向PST晶体塑性最好,压缩塑性应变约为1.1%,但屈服强度最低仅为847 MPa.Nb可以细化片层组织,提高位错运动的分切应力并降低层错能,使室温屈服强度显著提高.

基于激光重熔优化工艺的激光选区熔化316L/IN718异质异构研究

贝壳珍珠层高强高韧的优异力学性能主要归因于其独特的异质异构特征。贝壳珍珠层仿生制品具有异质和结构复杂的特点,传统的制造方法无法制备。激光选区熔化(SLM)增材制造技术以其独特的成形特点,成为复杂结构和特定性能制品的成形技术。SLM成形的异质异构界面的结合质量是影响其力学性能的关键因素之一,因此本文针对激光重熔优化工艺对SLM成形316L/IN718异质异构件微观形貌和力学性能的影响进行研究,并对316L单一母材重熔前后的表面质量进行了对比。结果表明:316L重熔优化后的上表面粗糙度从7.1μm降低到2.7μm,降低了62%;316L/IN718界面平整的微观形貌以及良好的元素扩散证明了激光重熔对改善316L/IN718异质异构界面结合质量的作用,同时,316L/IN718异质异构成形件的抗拉强度从优化前的(104.77±45.26)MPa提升至优化后的(507.33±58.3)MPa也验证了该优化工艺的可行性;断口形貌观察结果显示,未重熔与重熔的同层316L/IN718试样均以脆性断裂为主,但是重熔试样在IN718区域至316L区域发生了准解理断裂向韧性断裂的转变。