固溶及时效温度对激光粉末床熔融WE43镁合金组织与力学性能的影响

激光粉末床熔融(LPBF)制备WE43镁合金材料,虽然可以快速成形复杂形状零件,但不均匀的残余应力和孔隙率,限制了LPBF镁合金的力学性能。后期热处理是解决该问题的有效方法之一。研究了两种热处理工艺对LPBF制备的WE43镁合金力学性能和微观组织的影响。结果表明:经425和525℃固溶和200和250℃时效处理后,六方晶粒织构的基面开始趋于平行沉积平面,取向开始显现。随着固溶与时效温度的升高,合金的晶粒开始重组、尺寸增大,室温抗拉强度降低,200℃原位拉伸时的抗拉强度更低,塑性逐渐增强。合金的室温拉伸断口形貌呈现脆性与韧性混合断裂特征,200℃原位拉伸断口呈现韧性断裂特征。

热处理对激光粉末床熔融AlSi10Mg合金热物理性能的影响

采用激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,LPBF)法成功制备AlSi10Mg合金样品,研究130℃/4 h时效处理、236℃/10 h退火处理和540℃/1 h固溶处理三种热处理工艺对AlSi10Mg合金样品的微观组织的影响,以及热处理后AlSi10Mg合金在室温~400℃的温度范围内热膨胀系数和热导率演变规律。结果表明:时效处理后铝基体中析出球状的Si颗粒,仍然保留完整的网状共晶硅组织;退火后,网状共晶硅完全消失,球化Si颗粒均匀分布在基体中;固溶处理后出现大的块状Si颗粒,尺寸在1~3μm;经过热处理之后AlSi10Mg合金的热物理性能均优于打印态。退火处理后的合金样品在室温到400℃的热膨胀系数为1.64×10^(−5)~2.1×10^(−5)℃^(−1),平均热导率为179.6 W·m^(−1)·K^(−1),性能优于时效处理和固溶处理。

激光重熔工艺对粉末床熔融纯钼组织及力学性能的影响

由激光粉末床熔融(LPBF)成形的纯钼材料普遍存在着致密度低、孔隙缺陷多的问题,对其宏观力学性能具有较大影响。重熔作为LPBF工艺中常见的扫描策略,对提高难熔金属的致密度、改善其力学性能具有重要作用。采用重熔与未重熔工艺分别获得了纯钼试样,研究了两种工艺试样的微观组织与力学性能差异,通过对比致密度、缺陷、微观组织以及维氏硬度与拉伸性能,揭示了重熔工艺对LPBF纯钼成形质量的影响规律及作用机制。结果表明:重熔后缺陷明显减少,致密度得到了显著提高,晶粒增大,平行于成形方向的硬度提高、强度降低、断后伸长率增加,为增材制造金属钼及其合金的性能调控提供了参考。

航天用镍基高温合金粉末床熔融技术研究进展

采用激光粉末床熔融技术(LPBF)制造镍基高温合金具有较大的生产潜力,在航空航天领域有着广泛的应用,因此这一技术受到了高度关注。近年来,为了更好地了解LPBF-镍基高温合金的性能和使用极限,相关学者对其开展了大量的研究工作。本文基于近年来多项LPBF-镍基高温合金的研究,阐述了该领域的研究目标和重要发现,并列举了LPBF镍基高温合金在航天工业中的具体应用。总体分析了工艺参数和热处理对镍基高温合金及其复合材料增材构件组织及力学性能的影响,以及LPBF过程中常用的建模方法及研究进展。最后,对LPBF-镍基高温合金的未来发展方向提出了展望。

激光粉末床熔融WC-12Co硬质合金温度场模拟

结合有限元软件ANSYS建立三维有限元热模型,利用APDL命令及生死单元方法实现对高斯热源的施加和WC-12Co硬质合金打印过程的模拟,得到WC-12Co硬质合金在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中的温度场分布,研究不同工艺参数(激光功率、扫描速度)对温度场分布及熔池特征的影响。结果表明:WC-12Co硬质合金在LPBF过程成形时,利用有限元能够有效模拟其成形过程。位于热源前部的等温线比尾部更为密集,温度梯度更大;而扫描路径终端边缘处熔池中心的温度最高。随着激光功率的增大和扫描速度的减小,熔池宽度、深度和长度均相应增大。通过相关实验分析不同工艺参数对晶粒尺寸的影响,发现晶粒尺寸随扫描速度的增加而减小,随激光功率的增加而增大;但过高的激光功率会引起一定的热裂纹现象发生。

电子束粉床熔融制备镍基高温合金构件的研究进展

镍基高温合金是涡轮发动机和燃气轮机中的重要结构材料,然而其制件传统加工过程复杂、成本高昂且原材料利用率不高。电子束粉末床熔融(electron beam powder bed fusion,EBPBF)技术能够实现复杂结构制件近净成形,是一种高温合金成形的新方案。EBPBF技术实现了以Inconel 718、Inconel 625为代表的高温合金材料构件的成形,并且发展至能够成形无裂纹的高比例γ′相难焊镍基高温合金,甚至直接制备单晶体镍基高温合金构件,材料的性能达到了传统铸锻件的水平。本文回顾近年来以EBPBF镍基高温合金作为研究对象的相关文献,从工艺过程、组织调控、力学性能等角度对EBPBF制备镍基高温合金构件研究现状进行分析总结,并对未来的研究工作提出了展望。

激光粉末床熔融成形金刚石增强铝基复合材料

添加质量分数3%金刚石颗粒并利用激光粉末床熔融技术制备6061铝基复合材料。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子密度计、电子式万能试验机对3%金刚石/6061铝基复合材料的微观组织、相对密度和拉伸性能进行了表征与分析。结果表明:金刚石与Al基体反应生成了针状Al4C3相,并沉积在α-Al基体上,导致晶界位错密度增加,强度提高,抗失效能力增强。金刚石的添加促使6061铝基体中热裂纹消失,但存在孔洞缺陷。较低的扫描速度增加了激光光斑与被加工材料接触的时间,导致金刚石颗粒部分石墨化,铝基体部分蒸发,进而形成内部缺陷,降低了复合材料的相对密度(97%)。金刚石的加入显著提高了激光粉末床熔融技术成形金刚石/6061铝基复合材料的抗拉强度,当激光功率为350 W、扫描速度为800 mm·s-1时,复合材料的极限抗拉强度达到最大值244.2 MPa,屈服强度211.6 MPa,伸长率2.1%。

激光粉末床熔融Inconel718合金工艺优化与组织演变

【目的】分析能量密度对激光粉末床熔融镍铁基高温合金(Inconel718,IN718)显微组织的主要影响,以期提高激光粉末床熔融IN718的致密度。【方法】采用田口方法和方差分析方法优化激光功率、扫描速度、扫描间距,得到高致密合金样品激光功率-扫描速度-扫描间距的关系模型,并对模型得到的结果进行验证。【结果】扫描间距对样品的相对密度影响最大,贡献率为38.31%;在研究范围内,熔池尺寸与体能量密度成正比,Al和Ti元素在晶界处有明显的微观偏析,能促进液膜开裂,从而导致裂纹等缺陷的形成。【结论】设计的模型将有助于建立一种高效的LPBF制备Inconel718合金工艺。

粉末床熔融式增材制造钛合金研究进展及应用

钛及其合金的粉末床熔融式(PBF)增材制造技术因具有定制制造、成本节约和时间优化等优势,在航空以及生物医学领域备受关注。但在PBF制造钛合金时,多种因素如热导率低、热积累、氧化敏感性及快速冷却引起的热应力共同导致成形件缺陷、组织差异、性能不稳定与质量参差不齐等问题。因此,本文通过调研PBF技术中的激光粉末床熔融(Laser powder bed fusion,L-PBF)和电子束粉末床熔融(Electron beam powder bed fusion,EB-PBF)技术原理,讨论PBF增材制造钛合金微观组织特征、力学性能、耐腐蚀性能、耐磨损性能与生物相容性的特点;同时,聚焦成形过程中的缺陷形成机理及影响,提出缺陷消除方法;最后,展望两种技术的未来发展方向,为促进创新钛合金增材制造提供新的研究思路。

低温退火对激光粉末床熔融成形René104Sc镍基高温合金显微组织和残余应力的影响

增材制造残余应力会导致成形件发生变形甚至开裂,严重降低力学性能。本文系统观察和分析激光粉末床熔融成形René104Sc镍基高温合金在低温退火过程中显微组织的演变及其对残余应力的影响。结果表明:成形态合金经过退火处理后,胞状组织消失,织构强度降低,显微组织更加均匀,残余应力得到释放。其中,500和600℃退火后,显微组织未发生明显变化,残余应力略微降低;800℃退火后,合金样品中心的残余应力由63 MPa下降至21 MPa,析出大量γ′相,合金发生脆断,伸长率从(25.2±2.6)%下降至(4.7±1.6)%;700℃退火后,合金发生部分再结晶,样品中心的残余压应力由成形态的63 MPa下降至29MPa,综合力学性能最优,硬度(HV_(0.3))和抗拉强度分别为499±4和(1 461±7) MPa,比成形态(423±9,(935±25) MPa)分别提高18%和56%。这一研究结果为消除增材制造镍基高温合金部件的残余应力,防止在存放或后续热处理过程中开裂提供了一条有效途径。

激光粉床熔融Ti-6Al-4V热处理的研究现状:微观组织演变和耐腐蚀性能

针对激光粉床熔融Ti-6Al-4V热处理问题,对现有文献进行总结,讨论热处理对激光粉床熔融Ti-6Al-4V的组织和腐蚀行为的影响.围绕组织决定材料性能这一观点,通过扫描电子显微镜观察热处理前后激光粉床熔融Ti-6Al-4V微观组织变化,恒电位极化实验分析耐腐蚀性能的差异,将热处理前后激光粉床熔融Ti-6Al-4V的组织和耐腐蚀性能变化相联系,两者相互比较印证.结果发现,细针状α′马氏体相和残余应力是造成激光粉床熔融Ti-6Al-4V耐腐蚀性能变差的主要原因,适当的热处理可以促进细针状α′马氏体分解,增加体心立方β相,消除残余应力,改善激光粉床熔融Ti-6Al-4V的耐蚀性能.同时,过分的热处理会造成激光粉床熔融Ti-6Al-4V晶粒度的增加,影响钝化膜的稳定性.最后,总结现有结论,对激光粉床熔融Ti-6Al-4V热处理未来发展做出展望.

激光功率对激光粉末床熔融成形Fe–Mn–Al–Ni–C轻质钢组织及性能的影响

设计了Fe–30Mn–11Al–12Ni–1C轻质合金钢成分,研究了激光功率对激光粉末床熔融成形轻质钢组织及性能的影响。结果表明,在扫描速度一定的情况下,随着激光功率的增加,激光粉末床熔融成形轻质钢试样的相对密度逐渐增大,激光功率在120 W时,成形样品相对密度最高,达到99.2%。不同激光功率下成形试样在平行于构筑方向的平面(XOY)上均出现未熔合区域,垂直于构筑方向的平面(XOZ)出现裂纹。XOY观察面与XOZ观察面的缺陷类型不同,体现在以下方面:XOY面存在大量未熔合孔隙、球状粉末以及较大的孔洞,且随着激光功率的增加,未熔合的缺陷和孔洞面积逐渐减少,球状粉末消失;XOZ面缺陷主要是孔洞和裂纹,随着激光功率的上升,孔洞逐渐减少,但裂纹宽度增加。试样硬度呈现出各向异性,且各向异性随着激光功率的提高逐渐减小。试样XOZ面硬度随激光功率的变化不明显,但高于XOY面;XOY面由于激光功率提高降低了缺陷的影响,因此显微硬度变化较大。当激光功率为120 W时,试样XOZ面硬度达到最大值HV0.2441.3。激光功率90 W、扫描速度800 mm·s^(-1),成形的轻质钢试样抗拉强度达到最大值,为826.2 MPa。试样晶界处存在大量析出相,导致其延伸率较低,因此激光粉末床熔融成形轻质钢的塑性较差。

块体铁基非晶合金的激光粉末床熔融成形工艺研究

大块复杂结构铁基非晶合金成形条件较为苛刻。采用正交试验法研究了激光功率、扫描速率及扫描间距等工艺参数对Fe_(55)Cr_(25)Mo_(16)C_(2)B_(2)铁基非晶合金成形质量的影响,获得了优化的工艺参数,探究了激光粉末床熔融成形铁基非晶合金的裂纹产生机制,测试了不同工艺参数成形铁基非晶合金的显微硬度、非晶率、压缩性能及断口微观形貌。结果表明,采用最佳成形工艺参数制备的Fe_(55)Cr_(25)Mo_(16)C_(2)B_(2)非晶合金具有高显微硬度,但仍存在孔隙、裂纹缺陷及晶化现象。

粉末床熔融钛合金的表面抛光技术研究进展

粉末床熔融钛合金作为一种重要的金属材料,在航空航天、医疗器械以及汽车等领域得到广泛应用。然而,由于特殊的材料性质和加工方法,其表面质量与性能仍然是制约其应用的关键问题之一。对粉末床熔融钛合金的表面抛光技术研究进展进行了综述,介绍了化学抛光、电化学抛光、等离子电解抛光、激光抛光和机械抛光等技术的研究进展。这些技术为粉末床熔融钛合金的表面质量和性能满足不同应用需求提供了选择,同时还对复合抛光技术及相关技术发展进行了展望。

激光粉末床熔融M2052合金成形特性及组织性能研究

M2052合金能够吸收外部振动能量,实现对机械系统减振降噪。利用激光粉末床熔融制备M2052合金有望满足航空航天精密设备的服役需求。本研究系统探究了M2052合金的基础成形工艺特性,揭示其缺陷形成原因,分析其显微组织和物相组成并在此基础上对拉伸性能进行评价。结果表明,激光粉末床熔融M2052合金成形工艺窗口极窄,欠熔合的产生归因于激光输入能量不足,裂纹的产生与不当的工艺参数组合有关。沉积态合金呈现出精细的胞状枝晶微观结构及柱状晶生长趋势,具有明显的[100]晶粒取向,并形成了单一γ-(Mn,Cu)固溶体。室温拉伸的屈服强度为(345±5)MPa、抗拉强度为(404±2)MPa、伸长率为5.21%±0.57%,表现出脆性断裂特征,大量微裂纹和孔洞形成是M2052合金脆性断裂的主要原因。

激光粉末床熔融成形高性能Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的显微组织演变及力学性能

系统研究时效温度对激光粉末床熔融成形Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金显微组织及力学性能的影响。结果表明,成形态合金组织致密且无裂纹,平均晶粒尺寸为3.51μm,屈服强度为(547±3)MPa。经300℃时效后,合金组织中析出大量尺寸为2~3 nm且与基体共格的Al3Sc纳米颗粒。时效样品的屈服强度提升至(616±4)MPa,这得益于合金中的析出强化、固溶强化和晶界强化。当时效温度超过300℃时,部分Mn和Zr从固溶体中析出,形成Al6Mn和Al3(Sc,Zr)相。经500℃时效后,合金中Al6Mn相和Al3(Sc,Zr)相分别粗化至约600和30nm。此,合金的屈服强度下降至(372±3) MPa。

激光粉末床熔融成形Ti60合金的工艺优化和组织性能研究

Ti60合金具有较高的比强度且能长时间在600℃高温条件下服役,利用激光粉末床熔融(LPBF)技术成形Ti60合金有望满足航空航天等领域关键构件耐高温和轻量化的需求。系统研究了工艺参数对LPBF成形Ti60合金致密度、显微组织和显微硬度的影响规律,并在此基础上对其室温拉伸和高温拉伸性能进行评价。结果表明,LPBF成形Ti60合金的显微组织主要为细针状α′马氏体,这种组织的平均厚度与体能量密度大小呈负相关性。LPBF成形Ti60合金室温条件下的屈服强度为1164 MPa、抗拉强度为1321 MPa,伸长率为2.5%,600℃高温拉伸条件下屈服强度为532 MPa、抗拉强度为889 MPa,伸长率为16%。

激光粉末床熔融的熔道宽度与熔池温度的预测:一种新型数值模拟模型的提出与验证

为了减少预测激光粉末床熔融熔道宽度与熔池峰值温度所需的计算资源,本研究提出了一种精度高、计算资源消耗少、对常见合金材料适用的数值模拟模型。在保证模拟精度的情况下,采用此模型可以使计算成本降低2个数量级,对于Ti6Al4V合金、AlSi10Mg合金、316L合金和In 718合金,本模型对熔道宽度、熔池峰值温度的预测值的平均相对误差值±标准差值分别为4.8%±3.1%和7.9%±3.6%,说明模型预测值与实验值较为吻合。本研究提出的模型在保证较高模拟精度的情况下,可以大大降低激光粉末床熔融数值模拟的计算成本,具有很强的实用价值。

激光粉末床熔融纯钼组织及性能研究

钼作为一种难熔金属,由于其具有良好的高温力学性能和低膨胀系数而被广泛应用于核工业及航空航天。使用激光粉末床熔融(LPBF)制备的纯钼有着显著的设计优势和工业生产效率。为了提高LPBF生产效率,通过工艺优化,获得了30μm层厚选区激光熔化技术的最优工艺参数,制备出致密度为99.2%的无裂纹纯钼样品。经过XRD和EBSD表征发现,不同参数下纯钼样品均存在择优取向以及不同程度的晶格畸变,样品侧面织构强度大于底面。最优样品硬度为206HV,单向压缩强度和伸长率分别为566MPa和20.7%。该研究为LPBF制备30μm层厚的无裂纹且性能优异的纯钼构件奠定了基础。

退火处理对粉末床熔融Ti6Al4V合金腐蚀磨损性能的影响

研究了退火处理对粉末床熔融(Powder bed fusion,PBF)制备的Ti6Al4V合金在腐蚀环境中摩擦磨损行为的影响,由微观组织结构中α/α′相形貌及含量入手,分析造成PBF-Ti6Al4V合金力学性能和耐腐蚀磨损性能差异的机理。结果表明:相同热处理工艺下合金平行成型方向的强度和硬度高于垂直成型方向,随退火温度的升高,PBF成型内应力减小,相尺寸增大,合金的强度和硬度有所下降,且垂直和平行成型方向的差异减小。PBF-Ti6Al4V合金在Hanks体液中的磨损机制主要为磨粒磨损和粘附磨损。800℃退火处理的合金具有最佳的综合性能,XY面和XZ面摩擦腐蚀电流分别为4.04×10^(-7)和2.77×10^(-7)A/cm^(2),磨损量分别为21.97和19.99μm^(3)。