蜂窝分区扫描参数对SLM成形GH4169残余应力的影响

为降低高温合金在SLM成形过程中产生的残余应力,以GH4169合金为研究对象,采用蜂窝分区扫描方法进行了研究,分析了激光功率、扫描速度、蜂窝边长等主要工艺参数对样件残余应力的影响情况。实验结果表明,在一定范围内随着激光功率的增加,残余应力呈线性增加;随着扫描速度的增加残余应力先增加后减小;蜂窝边长存在一个最佳取值范围,过大或过小均会产生较大的残余应力。

含缺陷点阵结构的力学性能影响研究

随着3D打印(增材制造)的快速发展以及航空航天对轻量化结构设计的迫切需求,多孔结构尤其是周期性的点阵结构得到了越来越多的重视。由于当前3D打印工艺水平还不够成熟,打印的点阵结构不可避免地出现各种缺陷,因此需要对含缺陷的点阵结构进行性能评估。首先开展了不同位置点阵杆件缺失对结构力学性能的影响,实验和有限元结果表明中心部位的单根杆件缺失时结构的力学性能下降最多。在此基础上,建立了中心部位杆件的缺失数量与结构力学性能之间的关系表达式。该结果可以为点阵结构在实际工程结构中的应用提供指导。

激光立体成形TC4钛合金组织和力学性能研究

采用实验研究的方法,对比分析了激光立体成形TC4钛合金不同热处理状态下的显微组织、静载力学性能和拉伸断口。研究结果表明,沉积态内部有较明显的层带结构,去应力退火和固溶时效均能减弱层带从而均匀化组织;去应力退火处理对强度和塑性提高较少,固溶时效处理则能显著提高综合力学性能。断口分析表明,固溶时效态的室温拉伸试样为韧性断口,而沉积态和去应力退火态拉伸试样拉伸断口均为混合型断口。通过显微组织和拉伸断口分析,重点解释了解理断面形成机理为:裂纹沿α/β界面快速扩展形成解理断面,裂纹尖端的空洞与裂纹连接形成解理面上的韧窝。

高功率激光立体成形Ti-6Al-4V合金组织研究

针对高功率条件下激光立体成形Ti-6Al-4V合金组织特征展开研究,揭示高功率条件下组织形成机理,并对比分析了高功率与中/低功率条件下组织形成的差异及原因。结果表明:由于高功率条件下具有更低的温度梯度和更高的凝固速度,激光立体成形Ti-6Al-4V合金的宏观组织由粗大的柱状晶、竹节状的小柱状晶和等轴晶三部分组成,并且沉积层之间存在层带;而中/低功率条件下只有贯穿多个沉积层呈外延生长的粗大的柱状晶。高功率条件下层带内典型微观组织是由大量的魏氏α集束组成,而层带间为α板条编织成的网篮状组织,并且部分α相球化成等轴状。与中低功率条件下典型组织相比,高功率条件下α板条长宽比明显减小,不存在针状α。

高功率激光成形Ti-6Al-4V合金组织和性能的研究

采用实验研究的方法,探究了高功率激光成形Ti-6Al-4V合金组织演化规律和力学性能。研究结果表明:高功率激光成形Ti-6AL-4V合金的组织由贯穿多个熔覆层呈外延生长的柱状晶组成,层高熔覆约为0.8mm,β柱状晶间有等轴晶过渡,且存在明显的层带现象。原始β晶粒内部由板条α相和板条间β相组成,晶间β相内分布有针状次生α相,晶粒间与晶粒内部并无明显的成分偏析。和低功率激光成形相比,高功率激光成形Ti-6Al-4V合金硬度和强度均较低,而后者强度高于锻件标准,表现出低强高塑特点。

倾斜基体表面激光立体成形沉积特性研究

针对基体表面倾斜条件下的激光沉积特性展开研究,通过表征倾斜基体表面上激光沉积过程熔池的形貌特征以及几何特性,揭示基体表面倾斜特性对熔池的形貌特征、几何特性和表面粘粉的影响规律,并探讨其影响机制。研究结果表明:在倾斜基体上,熔池受重力作用流动铺展,当沿着倾斜基体上坡扫描时,熔池气液界面向下凹陷,并且熔池随倾斜角度的增加逐渐变长;当沿着倾斜基体下坡扫描时,熔池随倾斜角度的增加逐渐变短。由于激光能量在斜面上分布状态不同,上坡时熔池后沿能量低,粉末未能完全熔化,导致沉积层表面有粘粉,且随着角度的增大表面粘粉增多;下坡时熔池后沿能量高,表面粘粉较少甚至没有粘粉,成形表面质量较好。

相交筋板结构激光立体成形的结构优化设计

激光立体成形技术是一项先进的增材制造技术,在航空航天等高技术领域具有广泛的应用前景。研究针对飞机结构件中的相交筋板结构,探讨相交部位结构的常规设计对激光立体成形冶金质量的影响及机理,进而根据激光立体成形路径规划特点提出相交部位的优化结构设计,改善冶金质量,并进行成形实验验证。

激光复合增材制造TA15钛合金组织与拉伸性能研究

增材制造技术具有高效低成本制造优势,易于实现高可靠高复杂构件成形。本文针对新一代高端装备大型复杂精细钛合金构件的制造需求,开展激光选区熔化(SLM)/熔化沉积(LMD)复合增材制造TA15钛合金成形研究。研究发现,SLM/LMD成形制备TA15钛合金试样形状规则,表面平整,试样内部组织致密,无微观裂纹、未熔合等缺陷,复合SLM/LMD成形试样从SLM成形到LMD成形连续变化,呈现良好的冶金结合;SLM区、LMD区以及界面过渡区均为沿沉积方向生长的β柱状晶,且不同区域晶内α相均呈现为魏氏组织特征;复合SLM/LMD成形拉伸试样均断裂于LMD区,具有优异的综合力学性能。该研究为高性能复杂结构件高效低成本复合制造工程化应用奠定了技术基础。