圆角化节点增强对BCC点阵结构力学性能的影响分析

针对传统体心立方(BCC)点阵结构支杆节点处几何突变引起应力集中过大,结构局部过早屈服问题,提出了一种提高点阵结构的等效屈服应力的圆角化节点增强点阵结构(BCC-F)设计方法。通过基于均匀化方法的数值仿真与3组Ti-6Al-4V BCC及BCC-F点阵试件的单轴压缩试验进行了验证。结果表明,圆角化节点增强能够实现点阵支杆节点处几何光滑过渡,并显著提高低密度BCC点阵结构的等效杨氏模量及等效屈服应力,并改变了破坏模式。在BCC及BCC-F相对密度分别为0.327及0.370时,后者等效杨氏模量及等效屈服应力的增幅分别达到142%及64%,BCC-F的破坏模式呈现出“多波峰”的坍塌特点。

打印方向对SLM增材制造点阵结构力学性能的影响分析

为研究激光选区熔化(SLM)增材制造技术的制造方向对点阵结构力学性能的影响,基于不同的打印角度,制备了4组不同相对密度的Ti–6Al–4V面心立方(PC)点阵试样,并开展了力学性能数值仿真、试样微观形貌观测及单轴压缩试验。结果表明,不同打印方向引起的制造缺陷会造成点阵结构等效杨氏模量及失效模式的改变,低密度点阵结构呈现出无特定规律的“逐层坍塌”破坏,高密度点阵结构为整体“剪切”破坏;点阵结构支杆缺陷随打印方向与支杆夹角增大而增大,同时引起点阵结构等效杨式模量的各向异性,低密度点阵结构的制造缺陷对打印方向更敏感,在相对密度为0.1138时,不同打印方向的等效杨氏模量最大差异达14.6%;由于增材制造的内部缺陷,导致基于均质化理论的仿真结果相较试验值偏高。

扫描方式对激光选区熔化成形316不锈钢性能的影响

为了揭示激光选区熔化成形过程中熔池行为,以316不锈钢粉末为对象展开激光选区熔化试验,研究了激光选区熔化成形时不同的扫描方式对成形件内部缺陷、微观组织以及室温拉伸性能的影响。结果表明:将层片分区短线扫描成形可以有效地控制成形零件内部的气孔缺陷;与无分区长线扫描相比,采用分区短线扫描后零件内部组织呈现明显的柱状且晶粒尺寸较大。

热处理对激光选区熔化GH4169高温合金的组织与拉伸性能的影响

采用激光选区熔化技术成形了GH4169高温合金试样。研究了固溶加双时效热处理(1060℃/1h炉冷+760℃/8h炉冷2h至650℃/8h,炉冷)对沉积态GH4169高温合金的显微组织与拉伸性能的影响,并对沉积态组织特征和热处理析出相进行了表征。结果表明:在基板平面方向,GH4169沉积态组织表现为细小的“胞状”晶粒结构,而在平行于沉积方向截面,沉积态组织形貌为呈一定外延生长的柱状枝晶结构。由于成形过程中极快的冷却速度,沉积态下强化相的析出被抑制,其组织主要表征为过饱和的奥氏体基体γ和枝晶间γ+Laves共晶。经过固溶加双时效热处理,沉积态中胞状枝晶与Laves相溶解,在晶界处析出片状δ相,在晶粒内部析出弥散分布的圆盘状γ″相和圆粒状γ′相。热处理工艺改善了沉积态试样的拉伸强度,在析出相强化的作用下,GH4169热处理态试样的室温拉伸性能达到锻件水平。

拼接顺序对双激光选区熔化成形TC4钛合金成形性的影响

为了提高多激光选区熔化技术在拼接区域的成形质量,研究了不同拼接顺序对双激光选区熔化成形TC4钛合金拼接区域的表面形貌、内部缺陷、拉伸性能等成形性的影响。结果表明,相邻层间条带无相对偏转时,双激光逆序拼接因激光熔化扫描过程中粉末的剥蚀效应导致拼接区域表面起伏较大,且易于产生内部缺陷;双激光顺序拼接可大幅消除拼接区域表面起伏,且内部缺陷大幅减少;设置67°相邻层间条带相对偏转角时,双激光顺序拼接试样可避免内部缺陷产生,改善拼接区域表面形貌,显微硬度及抗拉强度则与逆序拼接时基本一致。采用顺序拼接和相邻层间条带相对偏转可改善双激光选区熔化拼接区域的成形质量。

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。

Ti-6Al-4V合金激光选区熔化材料的射线检测

针对厚度为10mm的Ti-6Al-4V合金激光选区熔化材料内部缺陷分别进行了常规射线照相检测和微焦点CT试验。结果表明,对于厚度10mm的Ti-6Al-4V合金激光选区熔化试样,射线照相技术可以识别尺寸(直径×长度)为?0.5mm×0.5mm的人工缺陷,气孔类缺陷检测灵敏度可达0.4mm,满足壁厚不大于10mm产品的质量检测要求。微焦点CT技术识别出试样内部最小缺陷尺寸约为33μm,经统计,90%以上内部缺陷尺寸在200μm以下,尺寸33μm以上缺陷孔隙率约为0.005 61%。射线照相检测技术主要用于相关产品的质量检测;微焦点CT技术具有更高的检测灵敏度,可用于不同尺寸缺陷的识别与表征。

激光选区熔化AlSi10Mg合金悬臂梁残余变形的数值模拟

建立了一个零件尺度的模型,采用收缩体积法模拟预测了激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形AlSi10Mg合金悬臂梁的变形,研究了几何结构、扫描方式以及预热温度对悬臂梁残余变形的影响。结果表明,模拟计算的翘曲方向和变形趋势与试验测量结果相符;悬臂梁的厚度越大其刚度越大,抵御变形的能力越强;提高预热温度可以有效减小零件的变形。