激光粉末沉积温度场和应力场的有限元数值模拟

基于激光粉末沉积的特点,建立了激光粉末沉积过程的有限元数学模型和物理模型,使用ANSYS有限元软件对激光粉末沉积过程的温度场和应力场进行模拟,获得了沉积过程中温度和应力在时间和空间的分布和变化规律。采用X射线衍射方法对残余应力进行测试,结果表明数值模拟结果和实验结果相吻合。

激光粉末沉积AlSi10Mg合金的致密化机制

为提高激光粉末沉积(LPD)制备AlSi10Mg合金的致密度,利用田口方法进行了激光粉末沉积AlSi10Mg合金实验设计,研究了激光能量密度对AlSi10Mg合金致密度的影响,获得了LPD制备高致密度AlSi10Mg合金的能量密度阈值范围。采用扫描电子显微镜(SEM)分析了氧化对激光粉末沉积AlSi10Mg合金致密化的影响,并揭示了LPD制备AlSi10Mg合金的致密化机制。结果表明:激光能量密度在120~140 J/mm^(3)之间时,可以获得高致密的AlSi10Mg合金,致密度在98%以上;氧化膜的存在将降低AlSi10Mg熔液在已沉积层表面的润湿性,熔池内AlSi10Mg熔液不能完全铺展开,导致形成孔洞等缺陷;高激光能量密度可破碎已沉积在AlSi10Mg层表面的氧化膜,使AlSi10Mg熔液能够在已沉积层表面完全铺展。

激光粉末沉积轻质Ti/Al密度梯度材料的裂纹形成机理及自愈合行为

利用激光粉末沉积技术制备轻质Ti/Al密度梯度材料,采用扫描电子显微镜、电子探针显微分析仪、能谱仪、显微硬度测试仪等,分析了梯度材料的组织结构特征,研究了激光粉末沉积轻质Ti/Al密度梯度材料的裂纹形成机理及其自愈合行为。结果表明:轻质Ti/Al密度梯度材料的微观组织呈现渐变特征,相结构转变呈现Ti→Ti3Al→TiAl+Ti_(5)Si_(3)→TiAl_(3)+TiAl+Ti_(5)Si_(3)+Al→Ti Al_(3)+Al的规律变化;各梯度层(Ⅰ~Ⅴ)的平均硬度分别为370.9 HV_(0.1)、619.4 HV_(0.1)、567.7 HV_(0.1)、459.5 HV_(0.1)和213.8 HV_(0.1)。梯度层中观察到裂缝存在,该裂纹在界面或缺陷(孔洞等)处萌生,在激光粉末沉积轻质Ti/Al密度梯度材料过程中,后续形成的熔池内金属溶液对裂纹具有填充作用,从结构上完成自修复,使裂缝得以愈合,可有效阻止裂纹进一步扩展。

激光粉末沉积中碳高强贝氏体钢组织与性能研究

为了实现高强贝氏体钢零部件增材修复的目的,采用激光粉末沉积+等温热处理的方法制备了一种中碳高强贝氏体钢,其合金成分(质量分数)为Fe-0.0029C-0.0150Si-0.0150Mn-0.0096Cr-0.0120Ni-0.0100Al-0.0050Mo。使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪对贝氏体钢的微观组织进行表征,采用拉伸试验机以及显微维氏硬度仪对材料的力学性能进行表征,试样沉积后在280℃盐浴等温处理5h具备最佳综合性能,平均显微硬度达到494.5HV,抗拉强度达到1248MPa、屈服强度达到1037MPa,延伸率达到14.5%。结果表明,不同工艺参量试样微观组织均由贝氏体板条以及残余奥氏体组成,且组织均匀,无碳化物、偏析以及气孔夹杂等缺陷,但等温时间过低以及等温温度过高都会导致组织性能劣化。该研究为高强零部件的增材修复提供了参考。

薄壁结构铝合金激光粉末沉积工艺及性能研究

利用激光粉末沉积技术成功制备AlSi10Mg铝合金薄壁件。采用粉末负离焦和增大熔覆间隙停留时间的工艺策略,解决铝合金成形过程中熔覆层边缘粗糙、塌陷的问题,并分析薄壁件扫描和沉积不同成形方向上的显微组织和力学性能。结果表明:单道成形的最佳工艺参数为激光功率密度P=370 W/mm2、扫描速度Vs=1.2 m/min、送粉流量Vf=8.5 g/min。薄壁件边缘塌陷程度随熔覆间隙停留时间增大而减小,随着粉末离焦量增大而增大。薄壁件扫描方向的显微组织为细碎的枝晶和少量的等轴晶,沉积方向为粗大的枝晶。薄壁件扫描方向的硬度可达130 HV,抗拉强度可达280.12 MPa,延伸率为12.12%,明显优于沉积方向。

运载火箭大型关键承力产品激光沉积增材制造技术研究

针对TC11钛合金芯级捆绑支座激光熔化沉积成形制造过程开展了工艺研究和产品试制,通过对比分析验证了不同成形方向结合区对本体性能无明显影响,证明了原材料粉末中氧元素对本体性能的强化作用,并提出了合理的粉末原材料含氧量控制范围。试制件1.5倍工作载荷静力试验考核合格,通过材料升级与增材制造技术结合实现了结构减重和快速制造的目的,为运载火箭大型复杂结构关键承力产品制造提供了一条新的途径。

金属增材制造技术工艺及应用

近年来,随着新材料、新工艺、新设备的迭代和升级,国内外对金属增材制造技术工艺的研究及应用也在不断深入与拓展。本文从间接制造和直接制造两种应用方式出发,简述了国内外几类主流金属增材制造技术的研究现状及最新进展。包括选区激光烧结(Selective Laser Sintering,SLS)、粘接剂喷射技术(Binder Jetting,BJ or 3DP)技术、定向喂料沉积(Directed Fusion Deposition,DFD)技术、选区激光熔融(Selective Laser Melting,SLM)技术、激光金属粉末沉积(Laser Metal Deposition,LMD)技术。