热处理工艺对SLM打印波纹管耐撞性影响

为了获得稳定的轴对称变形模式和较好的耐撞性,设计轴向轮廓为正弦曲线的薄壁锥形波纹管。采用SLM制备AlSi10Mg合金试样和波纹管,并进行拉伸实验和波纹管轴向压溃实验,采用实验和数值仿真研究退火、固溶和T6热处理对波纹管轴向压缩下耐撞性的影响。研究结果表明:265℃退火热处理后,波纹管在静压下出现裂纹失效,与未热处理相比,AlSi10Mg合金试样经T6热处理后伸长率由4.7%提升至13.8%,拉伸强度由413.2 MPa降低至135.3 MPa。波纹管压溃力波动范围随伸长率增加而减小。经265℃、2 h退火处理后,波纹管峰值力达到最大为7.11 kN,压溃力波动幅值最大,压溃力效率为65.9%。经T6热处理后,波纹管峰值力降到最小,为4.75 kN,压溃力波动为所有波纹管中最小,吸能量最少,为279.12 J。与T6热处理相比,经295℃、3 h退火热处理后,波纹管平均压溃力达到5.09 kN,提升了16%,吸能量达到最大,为341.24 J,提升了18.5%。为了提升SLM打印的波纹管耐撞击性能,热处理工艺需要在保证伸长率的同时尽量提高材料强度。

热处理温度对SLM成形316L不锈钢组织性能影响研究

使用选区激光熔化(SLM)技术制备316L不锈钢试样以及残余应力样件,采用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM,配备电子背散射衍射探头EBSD)、显微硬度计等研究不同热处理工艺对SLM成形316L的显微组织、显微硬度、力学性能以及残余应力的影响,得到最优热处理工艺。结果表明SLM制备制件组织致密,在最优热处理1000℃、保温2 h制度下,试样的性能稳定,显微硬度及拉伸性能各向异性差异小,残余应力小。此研究为SLM成形316L不锈钢的力学性能优化及显微组织调控提供了强有力的基础。

SLM成形件切削比能模型建立及影响因素分析

选区激光熔融(SLM)成形件在通过后处理加工提升表面质量时会消耗大量能量,而通过优化切削比能可以提高材料去除率和降低切削力,进而减小加工过程中的能量消耗。因此以SLM Inconel 718成形件为研究对象,建立基于切削力的切削比能模型。结合微铣削正交实验,拟合得到SLM Inconel 718微铣削切削比能与铣削参数的经验公式,并研究不同铣削参数对切削比能的影响规律。结果表明,SLM Inconel 718切削比能经验公式拟合程度在95%以上,切削深度对切削比能影响很小,切削比能随主轴转速和每齿进给量的增加而增加。

长薄U形结构钛合金SLM制件的控形仿真与性能验证研究

为优化大尺寸钛合金薄壁类激光选区熔化制件的加工方案、提高零件合格率,通过基于前处理工艺设计软件与模拟仿真软件平台,对具有长薄U形典型结构特征的钛合金试件进行了成形方案优化,并验证了仿真迭代结果的可行性。结果表明:试件在成形过程中的变形趋势主要集中在立筋与长臂结构边缘处,通过添加点阵支撑的方式达到了零件控形的目的,其三维扫描外形测量结果均在合格范围内。综合性能测试结果显示,试件XY向和Z向的强度极限分别可达1029.5MPa、1026.2MPa,断后伸长率平均分别为12.1%和11.2%,接近各向同性,而XY向和Z向的室温冲击测试结果平均分别为31.4J和48.6J,表现出明显的各向异性。

热处理对SLM制备钛合金散热结构组织性能的影响

TC4是一种典型的α+β型双相钛合金,其具有良好成形和焊接性,被广泛应用于航空航天领域。利用金相显微镜、维氏硬度计、X射线衍射仪等设备对激光增材(SLM)制备的TC4钛合金散热结构件热处理前后的显微组织、硬度及相组成进行了试验与分析。结果表明:采用退火工艺时,随着退火温度升高,结构件内部组织发生显著的粗化现象,多数α'相转变为α+β相。其中,退火温度为1050℃时,结构件近内孔和远离内孔的硬度分别为667 HV和690 HV。而920℃固溶处理后,结构件合金主要由α'+β相的亚稳态组织构成,结构件近内孔和远离内孔区域的硬度分别为424.8 HV和469.62 HV。经过固溶+时效热处理,结构件合金的亚稳态组织将分解,形成弥散分布的α+β相,此时结构件近内孔和远离内孔区域的硬度均显著降低,分别为371.27 HV和382.64 HV。

SLM成形多层多道金属薄壁件温度场有限元模拟

针对高强铝合金A17075选区激光熔化(selective laser melting,SLM)过程中未知的熔池变化规律和层间作用影响产品成形效率和精度的问题,研究不同工艺参数(激光功率和扫描速度)对各成形层熔池形态和温度场的影响。利用有限元分析软件ANSYS建立金属薄壁件SLM成形的多层多道温度场有限元模型,同时,利用APDL(ansys parametric design language)语言编程模拟了激光热源的加载、激光功率与扫描速度,采用“单元生死”技术描述金属粉末材料的动态增长过程,得出瞬态温度场的分布状况。结果表明,激光功率与扫描速度各自影响不同的温度场因素,适合Al7075粉末的SLM工艺参数为功率250~300 W,速度800~1000 mm/s。本文得到了激光功率和扫描速度的合理范围,为高强铝合金SLM实际实验提供理论参考。

可见光监测与CT检测融合驱动的高温合金SLM成形孔隙演变研究

孔隙缺陷对SLM成形件的性能与可靠性有重大影响,现有孔隙演变研究主要从成形过程监测与成形结果分析两方面分离进行。本文提出一种成形过程监测与成形结果检测融合驱动的SLM孔隙随层厚演变研究新方法,获取GH4169合金SLM成形凝固的可见光监测图像与SLM成形件的CT检测图像,选取特定区域孔隙并提取特征参数,表征并分析两种图像中孔隙特征参数随层厚的变化。结果表明,CT图像孔隙特征参数随层厚变化较可见光图像有滞后;孔隙形成的前半部分,第N+1层的成形对第N(或及以下)层孔隙具有缩小作用,后半部分具有扩大作用;第N+1层的成形具有减小第N(或及以下)层孔隙圆度的作用。结论有待进一步验证,但为SLM成形缺陷随层厚演变的研究提供了一种新思路,后续将继续深入研究。

冲击载荷下SLM 18Ni300的组织演变及绝热剪切行为

为了研究高速冲击载荷下激光选区熔化成形的18Ni300马氏体时效钢的组织演变以及绝热剪切行为,采用分离式霍普金森压杆技术对SLM 18Ni300马氏体时效钢进行了室温下不同冲击载荷的冲击实验。结果表明,SLM 18Ni300马氏体时效钢在冲击过程中横截面的微观金相组织为椭球编织结构;随冲击载荷增加,横截面的晶粒尺寸先增大再缓慢减小;纵截面晶粒组织由半弧状熔池结构逐渐变成平缓的曲线结构,晶粒尺寸随冲击载荷的增加而减小,且变化的幅度小于横截面晶粒尺寸的变化幅度;当冲击载荷为0.7 MPa时,有绝热剪切带形成并出现分叉现象,孔洞在剪切带中形核、长大、合并扩展形成裂纹,最终引起绝热剪切带的失效。

选择性激光熔化(SLM)成形纯钨的微观组织与力学性能研究

目的研究选择性激光熔化(SLM)技术制备的成形钨的微观组织和力学性能。方法采用纯钨粉末作为原材料,利用SLM技术制备了高密度的纯钨试样,系统研究其孔隙与裂纹的形成机理。同时,利用光学显微镜、显微维氏硬度计和压缩实验等分析手段,分别沿水平面(x-y)和垂直平面(z-x)对其微观组织与力学性能进行分析,探究SLM成形纯钨的各向异性。结果成功制备了相对密度为97.79%的高致密纯钨试样,在水平面上,组织主要为呈长条形的柱状晶,在垂直平面上,组织为粗大的胞状晶,断口形貌表现为典型的宏观脆性断裂特征。在水平面上,试样具有更高的抗压强度(1100 MPa)和显微硬度(427±5)HV。结论孔隙的形成主要与Marangoni效应有关,而裂纹的产生主要取决于材料本身的特性和SLM工艺参数。组织的各向异性导致2个平面的力学性能有一定差异。

射流电解修整SLM不锈钢表面工艺参数优化研究

选择性激光熔融技术(SLM)是增材制造中重要的手段之一,对于传统成形方式中结构复杂,无法直接加工,需求量小的金属零部件,SLM技术具有明显优势。但是成形零件的表面有较多黏附颗粒及气孔等缺陷,这些缺陷导致了零件表面质量较差,从而制约了SLM技术的推广。因此,针对表面质量较差这一问题,使用射流电解加工技术对工件表面进行修整。该研究以SLM制备的316L不锈钢作为材料,以电流密度、加工时间、电解液温度三种工艺参数作为变量,以加工后的样件表面粗糙度及材料去除量作为响应指标。分析了工艺参数组合对射流电解修整SLM不锈钢材料这一工艺过程的影响,并在Design-Expert中建立了工艺参数与响应指标间的数学多项式方程。经分析后优化得出了五组工艺参数组合,对应不同加工后表面粗糙度,分别为(2~6)μm,并通过实际加工验证了粗糙度与材料去除量的模型预测值和试验值数值误差率分别为13.5%和0.3%,证明了该模型具有较高的准确率。因此,该模型可指导射流电解应用于金属增材制造SLM 316L不锈钢表面修整方面的工作。

激光参数对Ti-6Al-4V粉末SLM成形质量的影响

为了在金属3D打印产品中获得合适的加工参数,提高金属成形件的产品性能,利用有限元方法对Ti-6Al-4V粉末激光选区熔化(SLM)成形进行模拟。以APDL编程语言建模,逐步施加热源获得成形件的温度场,通过熔池演变研究了Ti-6Al-4V粉末SLM成形过程中材料接合情况;以温度场为载荷研究了SLM成形的应力场和位移场。结果表明:激光扫描速度保持恒定,激光功率增大,熔池的长度、宽度、深度均增大;激光功率保持恒定,扫描速度增大,熔池的长度变大,宽度和深度变小。最后获得了一组能够较好地满足成形需求,成形件不易产生翘曲和开裂的激光参数。

SLM打印Ti6Al4V不同晶格结构多孔材料的力学性能

通过SLM加工制造了以立方晶格为单元的空心立方、G7、BCC多孔Ti6Al4V材料,其弹性模量均在人体自然骨范围内,对多孔材料分别进行了静态压缩和拉伸实验,研究了其抗压、抗拉性能,结果表明,BCC结构相对于其他两种结构表现出更好的抗压和抗拉强度。由于多孔植入物工作负载的复杂性,对这三种不同晶格结构的多孔材料施加交变载荷,发现由倾斜支柱作为支撑的G7结构疲劳失效速率缓慢,在动态压缩加载下表现得相对其他两个更好。在疲劳失效的分析中发现SLM多孔材料的疲劳裂纹源主要发生在材料内部的孔隙附近。

SLM工艺参数对316L不锈钢成形零件微观形貌的影响

激光选区熔化技术(selective laser melting,SLM)是一种以粉末为原材料的金属增材制造技术,通过对激光选区熔化技术制备316L不锈钢零件的成形工艺参数(激光功率、打印速度)进行变更,研究不同参数对316L不锈钢SLM成形零件材料组织形貌及微观结构的影响,优化316L不锈钢SLM成形工艺参数,保证316L不锈钢的致密成形。采用扫描电子显微镜(SEM)、光学金相显微镜(OM)等测试方法为激光选区熔化成形316L不锈钢提供合理参数与方法。结果表明:SLM成形316L不锈钢试样组织主要由奥氏体组成;当激光功率较大时,不锈钢内部有极大概率会出现未熔化的颗粒;当激光功率为290 W,打印速度为800 mm/s时,试样内部组织较为致密,为最佳的打印工艺参数。

SLM技术在电路板外壳随形冷却模具上的应用

结合东风车型项目,以电路板外壳为研究对象,建立了与产品外形相吻合的随形冷却水道,利用MoldFlow和ANSYS对随形冷却方案效果进行分析,并与传统冷却方案进行对比。最后采用金属3D打印工艺制作模仁及冷却水道,在注塑模具上进行验证,结果显示,随性冷却方案大大提高了注塑效率,减少了产品变形。

脉冲激光SLM工艺参数对钛合金成形质量的影响

目的 针对SLM成形试件表面质量差且边缘凸起严重的现象,研究脉冲激光SLM成形钛合金试件过程中工艺参数对表面质量、边缘凸起行为及致密度的影响规律,优化工艺参数。方法 通过调整曝光时间及点、线间距,制备了15个块状试件,通过激光显微系统来观测表面形貌,分析其表面缺陷,并采集表面粗糙度及平均台阶高度的数据,通过阿基米德排水法测量试件致密度。结果 随着线间距的增大,试件的表面质量及致密性都呈先上升后下降的趋势,而试件边缘平面和中间平面的平均高度差则是先增大后减小;随着曝光条件的增强,试件的表面质量和致密性都呈下降的趋势,而试件边缘平面和中间平面的平均高度差则在一定程度上减小。当线间距、曝光时间、点间距分别为0.1 mm、60μs、30μm时,试件表面粗糙度最小,为2.563μm,致密度最大为97.03%;当线间距、曝光时间、点间距分别为0.15 mm、80μs、40μm时,试件边缘平面和中间平面的平均高度差最小,为69.865μm。结论 在低曝光条件下,试件各个位置的表面粗糙度较为均匀,适当调整线间距有利于获得表面质量和致密性良好、表面缺陷较少的试件,并且在一定程度上SLM成形钛合金的表面粗糙度和致密性存在相关性。高曝光条件虽然会降低试件的表面质量,但在一定程度上可以减少试件边缘的凸起现象。

多种倾角类比SLM成形TC4复杂曲面构件性能

为探究SLM成形TC4钛合金高性能复杂曲面构件,选择激光束垂直基板扫描,成形与Y轴成0°、30°、45°、60°四个典型倾角结构作类比分析,探讨倾斜角度对SLM成形件表面形貌、内部组织及力学性能的影响。为提高SLM成形复杂构件的综合性能,对45°倾斜角试样进行固溶处理和完全退火处理分析,讨论热处理对45°倾斜角试样的拉伸性能及断口形貌的影响。结果表明:不同倾角的TC4试样表面存在球化、沟壑、沟脊和未溶粉末粘连等缺陷,且倾斜角度越大,表面沟壑和沟脊缺陷越明显;而试样倾角变化对其内部组织和显微硬度影响较小。经950℃固溶处理后的试样,α相溶解,强度明显下降;固溶处理试样断口形貌韧窝面积大且深,试样塑性增加,与强度分布特征相符。由此可推测,SLM成形复杂曲面构件的表面缺陷较多,但内部组织性能相对均衡,且固溶处理能够减少内部缺陷,提高构件综合性能。

基于SLM的Ti6AL4V多孔材料压缩性能及数值模拟

多孔材料不仅可以减少材料消耗,还可降低材料的弹性模量,使其达到与自然人体骨弹性模量相匹配的效果。由于Ti6Al4V具有很好的生物相容性,多孔Ti6Al4V的研究在生物医学领域中尤为重要。研究了相近孔隙率下,空心立方、G7、中心立方结构的力学性能,通过扫描电镜及金相实验,分别对SLM加工制造的表观形貌和微观组织进行分析。通过压缩实验及Abaqus有限元分析的方法,将两种方式得出的应力-应变曲线进行了比较,发现模拟结果较好的预测多孔材料的最大抗压强度,并通过等效应力和等效塑性应变云图解释了实际实验中这三种晶胞结构产生相应失效形式的原因。

SLM金属打印设备循环过滤系统的优化设计与仿真研究

针对某型号SLM金属打印设备使用的循环过滤系统,存在分离效率偏低和滤芯使用寿命严重不足的问题,首先运用三维设计软件SolidWorks对该系统进行了优化设计,成功引入了一种气固分离模块——旋风分离器。然后,运用流体力学计算软件Fluent,对旋风分离器内气固两相流进行数值模拟仿真研究。结果表明,优化后的循环过滤系统,经过一段时间的测试,一方面,验证了旋风分离器的可行性,对于15μm及以上粒径的固体颗粒物,它的分离效率达到99%以上;另一方面,滤芯的使用寿命从原先的不足500h,提高至1400h以上,这对提升行业的技术创新具有重要的意义。

基于SLM技术的注塑模具应用分析与设备风险评价

SLM技术有着较大的成型自由度,可获得高致密度、高强度以及低表面粗糙度的金属构件,同时还可以降低投资费用、缩短生产周期等,极大地推动了注塑模具的发展进程。基于此,本文对SLM技术的相关概念与其在注塑模具中的应用进行阐述与分析,并对SLM设备进行安全风险评价与识别,针对其故障提出了相应的针对措施,旨在提升生产效率的同时,保证安全生产,并为相关研究提供参考价值。

铣削对SLM增材TC4钛合金表面完整性和疲劳性能的影响

针对激光选区熔化(SLM)成形TC4钛合金表面质量差和疲劳性能低等问题,采用三点弯曲疲劳试验测试了铣削前后增材件的疲劳性能,研究了铣削工艺对增材件表面完整性和疲劳性能的影响规律。结果表明,增材件经过铣削加工后,表面粗糙度Ra由12.57μm降至0.32μm;表面硬度由353.0HV提高至434.3HV;疲劳寿命由48272周次提高至155463周次,疲劳源萌生位置由表面及次表面转移至内部,疲劳断裂模式由准解理断裂过渡到韧性断裂。增材件经铣削加工后,表面完整性得到极大的改善,可抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,疲劳性能得到显著提升。