扫描策略及束流参数对TC4合金电子束快速成形过程的影响

在电子束快速成形TC4合金零件的过程中,由于加工方式的特殊性,易发生零件变形、熔融金属液球化以及"吹粉"现象。加工过程中主要通过工艺调整的方式避免以上问题,具体分为扫描策略调整以及电子束流参数调节。采用等间距顺序扫描策略可有效降低加工过程中的温度梯度,减少零件变形。调节束流功率与扫描速度,以及通过合理的参数组合可避免加工过程中的球化和吹粉现象。

电子束快速成形技术制备医用金属多孔材料研究进展

介绍了电子束快速成形方法及其在制备生物医用金属多孔材料方面的优势。从电子束快速成形生物多孔材料中的孔结构设计,包括孔结构的力学和生物相容性设计、梯度孔结构设计,个体化金属植入体制备及多孔植入体的表面改性和临床性能评估几个方面阐述了电子束快速成形技术在国内外的研究进展情况。最后简单评述了电子束快速成形技术在制备生物医用材料中存在的不足,并展望了未来的研究趋势。

电子束快速成形温度场模拟

利用ANSYS软件模拟电子束快速成形过程的温度场分布情况,电子束能量输入用高斯面热源表示,由于快速成形过程在真空室中进行,因此只考虑热辐射散热。同时模拟了单圆扫描、多个圆同时扫描和多个圆依次扫描的温度场分布.结果表明,对于成形一定宽度的圆筒,多个圆从外到里依次扫描的方式比较理想,用较小的束流就可以达到熔点以上温度,扫描范围与成形范围趋于一致,得到的成形件表面均匀平整,成形精度较多个圆同时扫描时容易控制.利用"生死单元"技术模拟了层层堆积快速成形的过程,从中可以了解快速成形过程的温度场变化情况,以优化工艺参数.

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。

电子束快速成形研究进展及关键问题分析

电子束快速成形效率高,可加工材料范围广,具有高真空保护,是粉末近净成形的前沿技术和重要发展方向。概述了电子束快速成形研究进展,针对影响成形质量和精度的吹粉、球化、零件变形、残余应力、表面粗糙度、缺陷控制等关键问题,从电子束与粉末相互作用、粉末烧结及熔化、温度场及应力应变演化的角度着重进行了分析,并据此提出具体解决措施和研究重点。

预热工艺对TC4合金电子束快速成形组织和性能的影响

在电子束快速成形TC4合金零件的过程中,由于成型区域温度场不均匀以及金属粉末表面电荷富集等原因,容易发生成形层卷曲变形以及"吹粉"。利用电子束扫描偏转速度快的特点,在成形区域熔融烧结前加入预热粉床的工艺过程。利用光学显微镜、扫描电镜和力学万能试验机研究了成形零件的组织和力学性能。结果表明:加入预热工艺后,TC4合金试样屈服强度达833 MPa,抗拉强度达930 MPa,断面收缩率达47%,性能优于ASTM标准。

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。

Ti600合金的电子束快速成形

通过研究Ti600合金电子束快速成形样坯的组织、室温强度和断口特征,探索用电子束快速成形(EBM)工艺制备Ti600合金复杂零件的可能性。结果表明:Ti600合金的EBM沉积态组织是网篮组织,从样坯顶部到底部,α片层组织逐渐变大,样坯中部有大量纳米级粒子析出;沿α边界有易腐蚀的"类球状组织"产生;Ti600合金EBM组织中的纳米级粒子主要是Y2O3、α2粒子、Si的高温相与低温相,Si的析出相与合金成分和EBM工艺有关;Ti600合金EBM样坯的顶部和底部室温抗拉强度高,中部室温抗拉强度低,主要与α片层尺寸和Si的存在形态有关;Ti600合金的EBM样坯的室温拉伸断口为塑性断裂,断裂主要是由缺陷、本征脆性、晶间结合不牢等原因引起。

电子束快速成形制备TC4合金的组织和拉伸性能分析

针对电子束快速成形(EBRM)钛合金的组织特点,采用OM、SEM、XRD和TEM等实验手段,分析了EBRM制备TC4合金的微观组织和织构对其拉伸性能的影响规律。结果表明:TC4合金存在着平行于沉积方向的β柱状晶,且柱状晶的宽度随着沉积高度的增加,初始时迅速增加,之后增加的趋势变缓。由于沉积过程中循环的热作用,柱状晶内α片尺寸随着沉积高度的增加而减小。合金存在典型的转变α相织构。微观结构的梯度变化也导致了合金在不同位置的拉伸性能差异。随着X方向拉伸试样位置的升高,合金的屈服强度没有明显的变化,但抗拉强度有所提升;合金的塑性呈现上升的趋势。在合金底部,距离基板10和20 mm处的拉伸试样具有相近的加工硬化指数,低于合金中间的拉伸试样,而合金顶端拉伸试样的加工硬化指数较高。此外,合金还具有拉伸性能的各向异性,45°方向拉伸试样的强度高于X方向和Z方向的拉伸试样,同时Z方向拉伸试样的强度最低,这种强度各向异性主要归因于合金的转变α相织构。

电子束熔丝快速形成TC4钛合金组织特征及性能

采用电子束熔丝快速成形技术制备了TC4钛合金直壁件结构。根据电子束熔丝成形特征和TC4钛合金特点,分析了堆积层高度方向上的组织变化规律和性能特点及组织与性能之间的关系。结果表明:采用单道多层方式堆积的TC4钛合金形成件表面成形良好,成形件呈现出粗大β柱状晶。在与基材结合处主要由层片状组织、少量残余α'相和β相组成。从堆积层顶部到基材,随着到基材距离的减小,硬度呈逐渐增加的趋势,在堆积层与基材结合处硬度最大,达到最大值后减小。在成形层和基材熔合的位置类似于堆焊焊缝区,由于针状马氏体α'的出现,硬度升高。

电子束熔丝成形Ti-6Al-3Nb-2Zr-Mo合金的组织与力学性能

试验采用电子束熔丝快速成形方法(EBRM)制备了Ti-6Al-3Nb-2Zr-Mo合金试样,研究了EBRM Ti6321合金化学成分、显微组织、力学性能及冲击韧性.结果表明,该合金在熔丝成形中Al元素烧损1.0%左右,且合金内部没有元素偏析.EBRM Ti6321合金显微组织为沿沉积高度方向生长、晶贯穿多个沉积层的粗大柱状晶,柱状晶内部以α片层为主.EBRM Ti6321合金x向和z向的室温抗拉强度各项异性系数为2.6%,断裂方式均为韧性断裂.x向和z向冲击韧性均不低于80 J,各向异性系数为3.1%;冲击断口有大量的韧窝,为典型的韧性断裂.

电子束熔丝沉积4043/4074铝合金的组织与力学性能

目的研究电子束熔丝沉积Al-Si合金的微观组织与力学性能以及后续热处理的影响。方法采用电子束熔丝沉积快速成形技术,分别对直径2 mm的4043和4047铝合金丝材进行增材制造成形,研究样品在不同方向上的微观组织与力学性能以及后续热处理的影响。结果打印态的4043和4047合金的致密度分别为99.81%和99.88%,热处理后略有降低,分别为98.94%和99.77%。打印态样品中含有一些由硅颗粒和杂质相组成的条带状微观组织。打印态样品中含有近似等轴状与棒状的两类细小Si颗粒。打印态样品在长、宽、高3个方向上的拉伸强度相当,4043合金的抗拉强度为120~127 MPa,伸长率为12%~30%;4047合金的抗拉强度为151~155 MPa,伸长率为15%~30%。经热处理后,样品的强度略有降低,但伸长率显著提升。结论通过控制EBF3参数,可以获得致密无缺陷的具有良好力学性能的块体Al-Si合金样品,其力学性能可通过后续热处理进一步调控。

3D打印成形Ti-6Al-4V合金的组织和力学性能分析

采用3D打印方法制得Ti-6Al-4V合金形成梯度组织,通过实验测试方法对其组织以及拉伸力学性能进行测试分析。研究结果表明:各区域形成了不同尺寸与分布形态的β晶粒。试样形成了清晰的层带间界线,相邻层带间界线距离约2.5 mm。各个高度处都形成了片层组织,不同部位的α片层具有明显不同的尺寸。在各个高度处的试样拉伸测试得到的屈服强度基本一致,而拉伸强度由底部的842 MPa增大至顶部的895 MPa,同时断裂伸长率上升。合金顶端形成了较多位错,中间部位的位错密度发生了显著减小,到底部区域时位错已经很少。45°方向试样达到了最高的屈服/拉伸强度,强度最低的是Z方向试样;X和Y方向试样具备较高断裂延伸率,之后是45°方向试样,最小的是Z方向试样。

电子束熔丝沉积快速成形2319铝合金的微观组织与力学性能

选用直径2 mm的2319铝合金丝材进行电子束熔丝沉积快速成形,制备出尺寸为150 mm×35 mm×52 mm的打印样品。研究了样品在不同方向上的微观组织与力学性能。结果表明,通过控制电子束增材制造的参数,可获得致密无宏观缺陷的块体材料,其致密度可达到99.3%。打印态2319铝合金的平均晶粒尺寸小于10 mm,并含有初晶Al2Cu相、细小析出相和粗大杂质相。样品中存在少量的微小孔洞,其尺寸为5～15 mm。样品在长、宽、高3个方向的拉伸强度分别约为161、174和167 MPa。经T6处理后,粗大相基本熔解,析出尺寸更细小、分布更均匀的沉淀强化相,孔洞尺寸有所增大。由于沉淀强化起了主导作用,T6处理后样品力学性能显著提高,3个方向的拉伸强度分别提高到约423、495和421 MPa。