电弧增材制造铝合金的“控形”和“控性”技术研究现状

电弧增材制造铝合金具有沉积速度快、设备成本低、材料利用率高等优点,受到工业界和学术界的极大关注。但电弧增材制造固有的熔化和凝固特性决定最终材料存在“控形”“控性”的难题。本文从“控形”“控性”两方面对电弧增材制造铝合金的国内外进展进行分析,重点阐述了工艺参数优化、在线处理方式如基板预热、冷轧、熔池在线监测、微铸锻、搅拌摩擦焊等,以及后处理方式,讨论了不同技术的发展现状及趋势,并提出电弧增材制造铝合金“控形”“控性”的发展方向。

聚焦电流对电子束填丝焊接焊缝几何特征的影响

通常情况下,电子束焊接工艺研究时将聚焦电流作为焦点位置的主要表征参数。电子束填丝焊接时,通过改变聚焦电流,可以控制束流的焦点位置。不同的焦点位置决定了束流到达工件表面时的能量分布,直接影响到焊丝及母材的熔凝状况,进而对电子束填丝焊接焊缝截面几何形状具有重要影响。通过改变聚焦电流、其余参数不变,能够得到聚焦电流与焊缝截面形状、焊缝横截面面积、熔深、表面熔宽、半熔深处熔宽、余高等焊缝截面几何参量之间的关系,对优化电子束填丝焊接工艺参数具有积极参考意义。

电子束熔融快速制造Ti-6Al-4V的力学性能

利用电子束熔融快速制造的办法制备了Ti-6Al-4V试样,进行了直接拉伸和热等静压(HIP)后的拉伸及硬度测试;结果表明,无论是否经过热等静压,抗拉强度、断面收缩率及延伸率均达到或超过了锻件的标准;成型过程中Al的损失及低的O含量有利于塑性提高;组织细化是获得良好强度及高塑性的主要原因;微小的内部气孔缺陷对拉伸性能没有明显的影响;热等静压后抗拉强度及塑性降低;硬度在同一层面内和沿熔积高度方向没有明显差别,均高于退火轧制板的硬度水平。

金属增材制造技术在航空领域的发展与应用

增材制造技术以其与传统去除成形和受迫成形完全不同的理念迅速发展成了制造技术领域新的战略方向。金属零件的高能束流增材制造在航空航天领域的研究和应用也越来越广泛，在先进制造技术发展的同时，也促进了结构设计思想的解放和提升，两者的相互促进必将对未来飞行器制造技术领域造成深刻影响。

TC4钛合金扫描电子束焊接温度场数值模拟

建立了TC4钛合金扫描电子束焊接三维温度场的数学模型.采用电子束光斑半径较大的焊接工艺,开展了椭圆扫描/无扫描电子束焊接的试验和数值模拟研究.模拟结果与试验结果吻合良好.结果表明,电子束扫描可使高温熔池的深度减小、宽度增加、提前进入稳态,并且显著降低熔池最高温度和冷却速度.对加速电压为60 kV、电子束流为10 mA、焊接速度为0.9 m/min的电子束焊接工艺,频率为500 Hz的电子束椭圆扫描可使熔池最高温度降低近1 900 K、冷却速度每秒降低近100 K.

高能束流加工技术的应用与发展

高能束流加工技术具有独特的技术优势,被誉为本世纪先进制造技术之一,受到越来越多的重视,应用领域不断扩大。经过多年的发展,高能束流加工技术已经应用到焊接、表面工程和快速制造等方面,在航空、航天、船舶、兵器、交通、医疗等诸多领域发挥了重要作用。

电子束快速成形TC18合金多次堆积的组织特征研究

本文研究了多次堆积电子束快速成形TC18合金组织特征。结果表明:沉积体的顶部为针状马氏体区;下部为网篮组织,网篮组织的片状α厚度不均匀,形成层带状过渡区;β柱状晶呈外延生长趋势,在沉积体心部竖直向上生长;在沉积体边缘柱状晶主轴向心部倾斜,沉积体的硬度和片状α的厚度成反比例相关。

电子束熔丝成形的TC4钛合金的组织与性能研究

研究了采用电子束熔丝成形(EBRM)技术制造的TC4钛合金件的组织特征及力学性能,结果表明:经EBRM技术得到的TC4钛合金件宏观组织为异常粗大的β柱状晶。经热处理后,显微组织由片状初生α相、β转变组织及晶界α相组成;室温拉伸性能呈现明显的各向异性,但各方向的强度和塑性均满足AMS 4999A—2011标准要求,其中,x、y向抗拉强度与自由锻件实测水平相当;室温冲击韧度达到70 J/cm2,约为自由锻件及铸件实测值的两倍;光滑试样轴向加载高周疲劳性能优于经β热处理的锻件;轴向加载低循环应变疲劳性能与锻件相当,但优于铸件。

TC4钛合金电子束自由成形/热轧加工组织演变规律研究

采用电子束自由成形的方法成形出TC4钛合金板材,然后进行热轧,通过分析不同轧制工艺条件下的微观组织,研究了轧制工艺参数对电子束自由成形板材微观组织的影响规律。研究表明,与电子束自由成形后的板材相比,经轧制或轧制后热处理的板材组织主要是热机械加工组织,原始组织中的孔洞也得到弥合。轧制变形是改善电子束自由成形后钛合金组织的一种有效手段。

TC18钛合金电子束熔丝成形技术研究

简要介绍了电子束熔丝成形的技术特点及应用,通过对TC18高强钛合金电子束熔丝成形技术变形控制、缺陷控制和力学性能调控三大关键技术的研究,概述了该成形技术在TC18钛合金结构成形中的最新研究进展;总结了工程应用中存在的问题,归纳出电子束熔丝成形技术发展中存在的一些主要基础科学问题。

电子束熔丝沉积快速制造成型技术与组织特征

利用电子束熔丝沉积快速制造技术制备了TC4钛合金薄壁结构和实体结构试样,分析了成型技术特点,探讨了组织形貌特征及形成机制。研究表明:对于薄壁结构,采用合理的工艺参数,获得的熔积层的宽度为7.4mm,层高为1.5mm;结构纵截面的组织形貌特征是原始β柱状晶与沉积高度方向大约成15°角,较为粗大,宽3～5mm,单个柱状晶贯穿几层到十几层熔积层不等。对于实体结构,熔积间距为4.7mm时得到的试样表面较为平整,熔积高度基本一致;试样纵截面可观察到明显的层带,而原始β柱状晶垂直向上生长。

Mo、Mn元素对SUS430LX铁素体不锈钢点蚀的影响

为了研究汽车排气系统中消音器腐蚀穿孔失效的原因,以具有不同化学成分的铁素体不锈钢为研究对象,利用体视显微镜、金相显微镜和计算机联合X射线微区分析仪,研究了尾气凝结水对SUS430LX铁素体不锈钢点蚀的影响。结果表明:消音器在凝结水的作用下发生了严重的点蚀穿孔现象;其腐蚀产物主要为Fe、Cr的氧化物以及少量Fe与S、Cl元素生成的化合物;增加不锈钢中Mo、Mn元素含量,可有效提高SUS430LX不锈钢的耐点蚀性能。

基于通道加权FPN的熔池检测与特征提取方法

为了获取使用熔池特征参数对增材制造进行反馈控制的输入参数,提出了一种基于通道加权FPN的激光增材制造熔池语义分割算法和基于图像像素阈值的熔池方向、面积和宽度特征参数提取算法.语义分割算法主要包含轻量级的主干神经网络、通道加权特征FPN网络.实验结果表明,熔池图像的分割速度可达79.76张/s,mIoU和mAP分别可达90.53%和95.79%,且模型大小仅为90MB.与其他相同类型的深度学习模型相比,该算法在保证精度的同时,提高了检测速度,减少了模型参数量和大小.熔池图像特征参数提取算法则结合了相机拍摄的原始图像与分割完成的图像的像素阈值分布情况,能够准确分析并计算出熔池的方向、宽度与面积特征参数.

A-100钢电子束熔丝成形件超声相控阵检测应用初探

初步研究了超声相控阵检测技术在A-100钢电子束熔丝成形制件中的应用。结果表明:超声相控阵检测技术在A-100钢电子束熔丝成形制件微裂纹检测和大厚度制件检测中有较好的应用效果;与成形路径等因素相关的微观组织结构对检测技术的应用有较大影响;超声波入射方向和角度选择对微裂纹的识别非常关键;制件内部微裂纹存在与平行于逐层生长方向的某端面呈现小倾角或近似平行的断续拐弯状的分布趋势。

电子束快速成形TC18钛合金的显微组织与硬度的关系

研究了电子束快速成形TC18钛合金（简称KTC18）3种典型退火制度下显微组织演化规律及与显微硬度的关系。结果表明,在700~830oC单一退火条件下,合金相组成为初生α相与亚稳β相,随着温度升高,初生α相体积分数减少,基体显微硬度变化较小;在双重退火条件下,500~650oC之间低温退火过程中会析出细小、编织排列的条状α相,可显著提高基体硬度,随着低温退火温度升高,α析出相粗化且数量变少,导致基体硬度降低;三重退火条件下,高温炉冷和中温退火过程中会产生粗大的竹叶状一次α相,其数量随中温退火温度升高而减少,对显微硬度影响较小。低温退火析出的细小、弥散α相对KTC18显微硬度影响最大,其数量和尺寸取决于其他类型α相的数量和低温退火制度。

增减材混合制造技术的研究现状与进展

增材制造生产出的复杂零件的尺寸和几何精度以及表面质量由于无法满足直接应用要求,均需二次加工,制约着金属增材制造技术在航天工业等领域进一步发展,而增减材混合制造是突破该技术瓶颈公认的最有效解决方案。首先阐述了增减材混合制造技术原理,从设备集成和工艺研究两方面综述了国内外增减材的研究现状,介绍了增减材混合制造的工艺参数和缺陷检测,指出了增减材混合制造关键技术难点并指出方展方向。

热等静压对电子束成形AerMet100钢性能的影响

针对电子束增材制造技术成形的Aer Met100钢,研究了热等静压工艺与拉伸性能的关系。利用光学显微镜对其内部组织进行观察,利用万能试验机测试了其室温拉伸性能。结果表明:均匀化退火与热等静压对电子束成形Aer Met100钢的室温抗拉强度有明显改善;930℃热处理后的试样的抗拉强度高于1000℃热处理试样的抗拉强度,但屈服强度略低;均匀化退火与热等静压处理对材料塑性的改善不明显,但可降低成形件抗拉性能的各向异性。

基于CFD-DEM对激光熔覆载气输送喘粉问题的数值模拟研究

针对激光熔覆载气输送过程中经常出现的喘粉问题,从输送管道的提升角度、折弯半径、提升高度以及气流量4个方面进行模拟分析,研究出现喘粉现象的原因。数值模拟通过离散单元法(DEM)求解离散颗粒运动和受力,通过计算流体力学(CFD)求解连续相流场,两者相互耦合组成离散元-计算流体力学(DEM-CFD)模型。仿真结果表明,造成喘粉现象的起因为颗粒在流经弯管的位置分布不同,处于弯管外侧的颗粒会维持该状态直至竖直管段扩散,处于弯管内侧和中间的颗粒会不断地与壁面发生碰撞,这种差异导致颗粒在弯管段的运动时间不同,从而出现某段时间粉量剧增的情况。对喘粉现象的影响程度从大到小为气流量、提升高度、折弯半径、提升角度。为保证输送过程连续稳定,气流量应大于6 L/min,在满足输送条件的情况下以45°提升角度输送,减小折弯半径并且提升高度不高于2.5 m。

电子束快速成形Ti-6Al-4V合金的组织与性能（英文）

电子束快速成形是一种利用金属丝材沉积直接制造金属零件的新型增材制造技术。用电子束快速成形方法制备了Ti-6Al-4V合金,对其显微组织和快速成形态、退火态、热等静压态下的力学性能进行了研究。电子束快速成形Ti-6Al-4V合金的低倍组织典型特征为沿堆积高度方向生长的贯穿多层沉积层的粗大柱状晶以及分布于层间及堆积路径间的明暗相间的带状条纹。各种状态下室温拉伸性能均有明显的方向性,其中X向、Y向强度较高,Z向强度低但塑性较好;消应力退火处理对室温拉伸性能没有明显影响;热等静压处理后材料的抗拉伸强度显著降低,但具有良好的塑性与韧性,同时能够明显降低高周疲劳性能数据的分散性。快速成形态及退火态室温拉伸性能均可满足AMS4999标准的要求,但与锻件标准HB5432相比仍有差距。

不锈钢薄板电子束填丝焊接间隙裕度研究

针对厚度为1.0mm的不锈钢板对接焊缝,进行了不同间隙的焊接试验,并测试了接头室温拉伸性能,研究了不锈钢薄板电子束填丝焊接对焊缝间隙的适应程度。