热处理对选区激光熔化GH4061合金组织和性能的影响

采用激光选区熔化成形技术制备了GH4061合金,研究了不同热处理工艺对合金组织和性能的影响。结果表明,沉积态合金的柱状晶穿过多个熔池外延生长,晶内由胞状亚晶结构组成。随着固溶温度的升高,晶粒取向逐渐偏向(101)和(111),晶粒长大;Laves相由长链状转变为颗粒状,1060℃固溶温度时基本溶解;δ相在晶界析出,由粗大块状转变为盘状,然后再转变为短棒状,1100℃热处理时无δ相析出;980℃、1020℃、1060℃、1100℃固溶温度时γ′和γ″相平均尺寸分别为23.53 nm、24.43 nm、25.34 nm和25.66 nm。热处理后合金的室温和650℃力学性能显著提高,其中980℃固溶时效热处理试样的室温和650℃抗拉强度分别达到1342 MPa和1120 MPa,随着固溶温度的升高,1020℃、1060℃、1100℃固溶温度时试样室温抗拉强度分别下降约6.4%、8.3%和10%,650℃抗拉强度分别下降约7.9%、8.8%和11%,塑性有所提高。

热处理对选区激光熔化制备的点阵结构性能影响研究

选区激光熔化(SLM)技术因其独特的成形原理成为制备复杂点阵结构的理想工艺。以钛合金骨架和片状结构为研究对象,通过数值仿真和试验相结合的方法,分析了热处理工艺对结构微观组织、力学性能、断裂机制及吸能特性的影响规律。结果表明,固溶时效热处理后钛合金中α+β相均匀分布,固溶温度的增加会使片状α'相马氏体逐渐减少而β相增多;不同热处理状态下片状结构压缩强度为骨架结构的1.81~2.17倍,平台应力为后者的3.1倍,但两者弹性模量相当,同时热处理工艺对骨架结构力学性能影响较小而对片状结构影响较大;两类结构都表现出了45°结对角剪切断裂和断裂带传递的现象;骨架结构能量吸收效率远大于片状结构,但累积能量吸收量较低,热处理工艺没有提高被测结构的吸能性能。

激光选区熔化ZrC增强铌合金的组织与性能研究

铌合金在超高温环境具有优异的强度和轻量化优势,但传统加工工艺难以实现对其复杂构件的制备。本研究采用激光选区熔化技术制备了组织致密的Nb52和Nb52–0.1ZrC两种铌合金,通过引入碳化物的方法提高了铌合金的力学性能。研究表明,ZrC的引入显著提高了铌合金的强度,其打印态屈服强度、抗拉强度和塑性应变分别达745.91 MPa、795.45 MPa和1.8%,室温断裂方式为沿晶断裂和穿晶断裂混合断裂模式。本研究扩宽了铌合金的成形工艺,为改善铌合金性能和开发低成本的铌合金体系提供了新的研究思路。

选区激光熔化24CrNiMo高强钢介观尺度数值模拟与实验验证

目的建立选区激光熔化(SLM)增材制造24CrNiMo高强钢三维粉床模型,通过介观尺度数值模拟探究工艺参数与熔池冶金缺陷形成和演化的内在关联,结合熔道成形试验验证模拟方法的可靠性。方法采用离散元法与有限体积法构建介观尺度模型模拟激光与粉末的交互作用,通过提取模拟试样特定位置的熔道形貌、熔池尺寸、传热机制等熔池行为的基本特征,将熔池表面形貌和内部缺陷等模拟结果与SLM实验结果进行对比分析。结果保持激光扫描速度、搭接宽度、粉末层厚和扫描角度等工艺参数不变,随着激光功率从430 W增加到520 W,试样的成形质量呈现先上升后下降的趋势。当激光功率较低时,粉末未充分熔化,表面球化效应严重,内部以未熔合缺陷为主。当激光能量过高时,熔池传热传质剧烈,表面粉末飞溅严重,内部易产生匙孔缺陷。当激光功率为490 W时,可获得表面成形质量高、内部缺陷少的高强钢试样。结论数值模拟结果与SLM试验现象保持一致,建立的介观尺度数值模拟方法可为SLM成形高强钢工艺参数优化和成形质量调控提供理论指导。

不同热处理工艺对选区激光熔化TC4动载性能及各向异性的影响

选区激光熔化成形的TC4合金断裂韧性较差,低周疲劳性能较低,各向异性明显。采用循环退火(700~950℃)和固溶时效相结合的方法对TC4成形件进行热处理,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、低周疲劳试验机等手段研究热处理对SLM TC4成形件显微组织和力学性能的影响。研究表明,SLM TC4微观组织由马氏体α′和马氏体α″组成,断裂韧性值为36.4 MPa·m0.5,断裂韧性各向异性达25.7%;热处理后部分板条α相分解,产生等轴α相和二次α相;经过700~950℃循环5次后固溶+550℃时效后SLM TC4的断裂韧性值为96.0 MPa·m0.5,断裂韧性的各向异性为1.4%。通过比较热处理样件和锻件低周疲劳性能得出结论,当应变幅≥0.9%时,热处理件低周疲劳性能高于锻件;当应变幅≤1%时,920℃循环退火+550℃固溶时效的低周疲劳性能高于920℃循环退火。

热等静压对激光选区熔化增材制造GH3230高温合金微裂纹与组织的影响

为揭示GH3230高温合金的激光选区熔化增材成形性,研究了热等静压对激光选区熔化增材制造GH3230高温合金微裂纹与组织及拉伸性能的影响。结果表明,激光选区熔化增材制造GH3230高温合金沉积态存在凝固微裂纹,该裂纹在XOY截面呈现龟裂特征,在ZOY截面呈现线状;热等静压之后,激光选区熔化增材制造GH3230高温合金的一部分微裂纹可以消除,另一部分较长的微裂纹难以消除。激光选区熔化增材制造GH3230高温合金沉积态组织基本为片状固溶体组织,在晶界附近存在少量析出碳化物;热等静压之后,在晶界附近析出大量的MoWCr碳化物,而晶内析出MoWCr碳化物数量多且尺寸较小。凝固微裂纹导致激光选区熔化增材制造GH3230高温合金沉积态XY方向抗拉强度及延伸率降低,而热等静压能减小大尺寸微裂纹,消除小尺寸微裂纹及气孔,可大幅提高XY方向的抗拉强度和延伸率。

选区激光熔化430不锈钢成形工艺优化

研究了选区激光熔化(SLM)430不锈钢线-面-体的成形质量与工艺参数之间的关系。设计了单熔道、多道搭接以及块体成形试验,分析了SLM过程中缺陷形成的原因,以致密度为评价指标,确定SLM430不锈钢的最佳成形参数。结果表明:高功率低扫描速度有利于获得连续均匀的单熔道形貌,当激光功率为200 W、扫描速度为800 mm/s时,熔道宽度分布均匀。多道搭接的结果显示表面粗糙度随扫描间距的增加先降低后升高,扫描间距为0.08 mm时粗糙度最小,为3.88μm,表面成形质量最佳。通过正交试验分析,发现3种因素对块体成形件相对致密度影响的显著性排序为:扫描速度>激光功率>扫描间距;相对致密度随扫描速度的增大而减小;随着激光功率和扫描间距的增加,相对致密度呈现先升高后降低的趋势;最终确定SLM 430不锈钢的最佳成形工艺参数组合为激光功率200 W、扫描速度600 mm/s、扫描间距0.08 mm,该参数下成形件相对致密度达99.56%。

低共熔溶剂中乙醇添加对激光选区熔化GH4169合金电化学抛光行为的影响

激光选区熔化GH4169合金的高表面粗糙度是其应用过程中需要解决的一大难题,为了替代传统电化学抛光(电抛)使用的酸基电解液,本研究采用绿色安全的氯化胆碱-乙二醇体系作为低共熔溶剂(DES)对激光选区熔化GH4169合金进行电抛的研究。以电抛前后试样的表面形貌、粗糙度、光泽度、润湿角和电化学工作站测试的结果为指标,探索在氯化胆碱-乙二醇中加入不同摩尔比例的乙醇对试样表面电抛效果的影响。结果表明,电抛后的试样表面质量得到了显著的改善。其中,在氯化胆碱∶乙二醇∶乙醇摩尔比1∶1.9∶0.1,电抛参数为温度60℃、时间30 min、电压3 V、磁子转速240 r/min和电极间距13 mm时,试样表面被整平抛亮,抛光效果最好,粗糙度Ra达到(0.403±0.010)μm,光泽度达到(357.9±2.2)GU,润湿角以及电化学行为也验证了电抛后的试样表面更有利于耐蚀性。同时,探讨了合金在氯化胆碱-乙二醇体系中的电抛机理。

基于激光选区熔化的点阵结构设计、性能及应用研究进展

激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)作为第三次工业革命的引擎技术,突破了传统加工技术的制造极限,为航空航天、医疗、汽车等领域高性能部件的结构设计和制造提供了可能。点阵结构因具有高比强度、高比刚度、低热膨胀系数和高比表面积等特性,已被广泛应用于各类学科领域。依托SLM技术,结合材料–结构–性能一体化的创新型制造模式,现阶段点阵结构已经成为多学科领域所提出的轻量化、高性能及多功能的设计及制造的有效解决方案。本文详细介绍了SLM技术制造点阵结构的种类、工艺协同性及设计优化方法;对点阵结构的力学性能和能量吸收能力进行了分析;阐述了几类典型功能点阵结构在航空航天、医疗及汽车等领域的应用,并就点阵结构在工程应用领域的未来发展做出了展望。

大型金属零件激光选区熔化成形工艺及装备研究进展

激光选区熔化成形技术是重要的金属增材制造技术之一,具有强度高、塑性好、尺寸精度高、表面质量优等优点,已成为大型金属零件高效制造的重要技术之一。阐述了SLM技术在大型金属零件的研究进展,总结了其未来发展趋势。

激光选区熔化成形技术在航空航天发动机制造领域的研究与应用现状

本文重点介绍了激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形钛合金、镍基高温合金、铜合金等材料体系的研究进展,以及SLM装备与工艺新技术;同时综述了国内外SLM技术在航空航天发动机领域的典型应用;最后在分析现有相关研究和应用的基础上,讨论了SLM技术面临的挑战和未来重点研究方向。

选区激光熔化TC4钛合金表面磁力光整加工的表面质量

为了研究磁力光整加工工艺对SLM制备的TC4钛合金表面完整性的影响,采用响应曲面法对钛合金试样进行三因素三水平的响应曲面分析试验。首先使用数控成形磨床对SLM制备的TC4钛合金试样进行磨削加工,磨削加工将钛合金试样表面粗糙度从6μm(SLM成形后)下降到约0.6μm,使带有球状体和凹坑等缺陷的粗糙表面演化为有划痕和孔隙的细表面。然后在不同的磁力光整加工工艺参数下,利用XK7136C数控铣床改造的磁力光整加工系统,采用雾化法制备的新型Al_(2)O_(3)/铁基球形磁性磨料对钛合金试样进行磁力光整加工,分析加工后钛合金试样的粗糙度、表面形貌以及残余应力,并确定最佳工艺参数。结果表明:当磁力光整加工工艺参数分别为主轴转速1 000.00 r/min,加工间隙1.50 mm,进给速度15.00 mm/min时,磁力光整加工效果最好,钛合金试样表面粗糙度由初始的0.6μm降低到0.065μm,试样表面均匀,划痕和表面缺陷被有效去除,达到接近镜面效果。试样表面的残余应力由最初的拉应力+297.4MPa转变为压应力-237.8MPa。利用磨削加工和磁力光整加工技术对SLM制备的TC4钛合金试样进行光整加工,可有效改善工件表面完整性,提高工件表面质量。

激光选区熔化TC4合金在HF–H_(2)O_(2)体系的化学抛光研究

采用HF–H_(2)O_(2)溶液对激光选区熔化TC4合金进行化学抛光。以抛光前、后试样表面的形貌、粗糙度、光泽度、失重和减薄率为指标,探究抛光时间、H_(2)O_(2)浓度对样品表面抛光效果的影响。结果表明,随抛光时间增加,粗糙度逐渐降低,光泽度、失重率和减薄率逐渐提高;随H_(2)O_(2)浓度增大,粗糙度先降低后增大,光泽度、失重率和减薄率则先提高后降低。其中,在HF/H_(2)O_(2)体积比1:5、时间8 min时,钛合金表面的抛光效果较好,试样表面粘附的粉末完全去除,表面粗糙度R_(a)达到(3.5±0.3)μm、表面光泽度达到(80.3±0.7)GU,相对于打印态表面(R_(a)(13.3±0.8)μm、光泽度(0.9±0.3)GU)显著提升。同时也探讨了钛合金在HF–H_(2)O_(2)体系的化学抛光机理。

选区激光熔化温度场仿真及温度调控研究

在选区激光熔化(SLM)加工过程中,温度对工件的成形质量具有决定性的作用,而温度取决于加工工艺。因此,针对铜合金加工的温度问题,建立了铜合金温度场三维有限元仿真模型,研究了不同工艺参数对温度场温度的影响,为铜合金加工的工艺调控提供理论基础。基于温度场仿真模型,本文分别研究了激光功率、扫描速度、扫描间距、粉末层厚对温度场的影响,研究表明:熔池的温度随着激光功率的增加而增加,随着扫描速度的增加而减小,扫描间距和扫描层厚对温度场的温度会有一定的影响,但是影响非常小。

激光能量密度对选区激光熔化(SLM)制品性能的影响及其机理研究

选区激光熔化(SLM)影响制品性能的工艺参数包括激光功率、扫描速度等,上述因素可统一为激光能量密度(Laser Energy Density,LED)表示,激光能量密度的大小直接决定粉末的熔化状态,并最终影响SLM制品的性能。本文采用真空气雾化制备的GH4169粉末作为原料,设计了激光能量密度不同的对比实验,探讨了激光能量密度对于SLM制品的影响;建立了激光能量输入熔化粉末的计算关系,通过理论计算进一步研究了激光能量密度变化对制品产生影响的机理。研究结果表明:激光能量密度对于SLM成形制品存在影响,对于同种粉末,在一定参数范围内,激光能量密度越大的制品,其密度及硬度相对更高,而对于参数不同,激光能量密度相近的制品,粉末的熔化效果接近,密度及硬度水平相当;SLM工艺的主要影响因素为激光功率,扫描速度及粉末粒度,且激光功率对粉末熔化的影响相对较大,故对于相同成分及粒度粉末的SLM工艺参数优化而言,应当优先确定合适的激光功率,再调整扫描速度。

基于选区激光熔化铜合金温度场的粉末层厚调控研究

在选区激光熔化(SLM)加工过程中,粉末层厚是选区激光熔化加工中重要的调控参数之一,合理的粉末层厚既可以提高成型质量又可以提高成型效率。基于SLM温度场模型,研究了温度场运动动态过程,预测了温度场温度和熔池大小,并且定量分析了粉末层厚对温度场温度和熔池大小的影响,研究表明:粉末层厚对温度的影响较小,对于熔池长度的影响相对于熔池宽度和深度更为明显。

钛铝异种合金选区激光熔化(SLM)成形组织分析

文章在激光选区熔化技术(SLM)成形钛铝复合界面工艺优化的基础上,详细分析了SLM成形钛铝复合界面结合处的微观组织及内部结构。研究表明,钛铝复合界面层厚度随着激光线能量密度的增加呈现不断减小的趋势;X射线图谱表明,SLM成形钛铝复合界面除了Ti_(3)Al、TiAl、TiAl_(3)金属间化合物生成外,还有TiSi_(2)陶瓷相的生成,中间层延伸进入铝合金基体中的棒状组织主要为TiAl_(3)金属间化合物。

热等静压工艺对选区激光熔化成形 HastelloyX合金持久性能的影响

在4组工艺参数(1 100℃/100MPa/1h,1 175℃/160MPa/1h,1 175℃/160MPa/2h,1 175℃/100MPa/2h)下对选区激光熔化(SLM)成形Hastelloy X合金试样进行热等静压(HIP)处理,并在815℃、105MPa条件下进行了持久试验,研究了HIP工艺对试样显微组织和持久性能的影响。结果表明:HIP处理前试样的显微组织由细小柱状晶和树枝晶组成,经HIP处理后,晶粒长大,晶界上析出碳化物;在1 175℃下HIP处理后,试样的断后伸长率和断面收缩率均显著高于HIP处理前和在1 100℃下HIP处理后的,且显微组织和持久性能的各向异性减小;较长的HIP时间或较低的HIP压力会缩短试样的断裂时间,降低其断后伸长率和断面收缩率;当HIP工艺参数为1 175℃/160MPa/1h时,试样的持久性能相对较好,裂纹的消除效果也较好。

激光选区熔化成形SiC_P/AlSi10Mg复合材料工艺及性能研究

为研究激光选区熔化(SLM)成形技术制备SiC颗粒增强AlSi10Mg复合材料的成形机理,开展了SLM成形工艺参数(扫描间距、扫描速度)对致密度、机械性能等影响情况的研究。结果表明:所制备试样中SiC增强颗粒分布均匀,并与基体具有连续相容的冶金结合界面。当激光扫描速度从900 mm/s升高到2 100 mm/s时,在不同的扫描间距下,复合材料试样致密度均随之降低;当扫描间距在0.09～0.12 mm内变化时,在不同的扫描速度下,致密度变化趋势并不一致;在激光功率490 W、铺粉层厚0.04 mm、扫描间距0.12 mm、扫描速度900 mm/s时,制备的SiC颗粒增强AlSi10Mg复合材料试样得到最佳综合性能(相对密度99.1%,显微硬度198.7 HV_(0.2),抗拉强度341.9 MPa);在该最佳工艺参数下,成功制备出复杂结构的薄壁零件。研究为SLM成形SiC_P/AlSi10Mg复合材料在航空航天和空间领域的应用提供了理论基础和实验依据。

热处理工艺对316L不锈钢粉末激光选区熔化成形的残余应力及组织的影响

对316L不锈钢粉末进行了激光选区熔化(Selective laser melting, SLM)成形,采用光学显微镜、扫描电镜和电子背散射衍射技术等研究了其热处理前后的残余应力及组织的变化。结果表明:热处理前试样的残余应力值从上表层向靠近基板的底层逐渐增大,残余应力较大;热处理后试样的残余应力降低,转变为较小压应力的稳定态;SLM直接成形试样的晶粒非常细小、晶粒尺寸为1～2μm,以月牙状铁素体组织为主,晶面位向差异与晶界间距大,相互之间形成了不平衡态的熔融热应力,导致产生了较大残余应力;固溶+时效热处理后,合金元素进行固溶重晶,晶粒长大,晶粒尺寸达到10～30μm,形成椭圆形的奥氏体组织,晶面位向差减小,为较均匀的各向同性配置,这种重晶促进了应力释放,残余应力明显降低或消除。