不同路径对电子束熔丝沉积304不锈钢组织与性能的影响

目的采用电子束熔丝沉积方法进行打印,以获取具有高抗拉强度与高伸长率的304不锈钢。方法以304不锈钢丝材为材料,当加速电压为60 kV、聚焦电流为430 mA、束流强度为22 mA、成形速度为250mm/min、送丝速度为1400mm/min时,在成形路径为“弓字形”和“交替弓字形”条件下打印不锈钢样品,在样品x、y、z3个方向上截取试样,采用金相、扫描电镜、透射电镜及拉伸试验等分析手段,对试样的微观组织和力学性能进行研究。结果在“弓字形”成形路径下,产品x方向试样的显微组织主要以等轴晶为主,而y方向试样的显微组织以相互平行的柱状晶为主;在“交替弓字形”成形路径下,产品微观组织主要是相互垂直的柱状晶,在z方向试样中出现了位错胞结构。在“交替弓字形”成形路径下,z方向试样具有最优的综合力学性能,其致密度为98.60%,抗拉强度为(1344±14)MPa,屈服强度为(701±7)MPa,断后伸长率为(25±0.4)%。结论在EBF打印304不锈钢样品中,选用“交替弓字形”成形路径能使不锈钢具有更高的致密度,可以提升抗拉强度和屈服强度。

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。

电子束重熔对熔丝沉积钛合金表面组织及性能的影响

目的通过表面重熔处理解决沉积钛合金固有组织引起的表面磨损不均及摩擦不稳定的难题,以拓宽沉积钛合金的应用领域。方法采用电子束重熔工艺对熔丝沉积Ti6Al4V钛合金表面进行改性处理。利用体式显微镜、光学显微镜、X射线衍射仪等分析重熔前后钛合金表层的宏观形貌、显微组织及物相组成变化,运用纳米压痕仪及摩擦磨损试验机考察重熔层的表面纳米力学性能及耐磨性能,并采用三维光学轮廓仪及扫描电子显微镜观察磨损形貌特征。结果经电子束重熔处理后,熔丝沉积钛合金沉积方向表面组织由不均匀的α+β组成的网篮组织及魏氏组织转变为均匀分布的细针状马氏体(α’)。重熔处理试样表面纳米硬度均匀,且得到明显提升,达3.8 GPa,相较于未重熔试样提高了15%以上,表现出较高的硬弹性。重熔层具有稳定的摩擦系数和较优的耐磨性,其平均摩擦系数为0.45,磨损率为3.59×10^(-13)mm^(3)/(N·m),相较于未重熔试样,分别降低了19.6%和22.1%,其磨损机理以磨粒磨损、氧化磨损及粘着磨损为主。结论电子束重熔工艺能够有效改善熔丝沉积钛合金沉积方向的表面组织均匀性,可获得优异的表面力学性能及摩擦性能。

电子束熔丝沉积Mo‑Fe双金属制备工艺与性能研究

电子束熔丝沉积技术由于所制备的材料具有晶粒细小、致密度高、综合力学性能好等诸多优点得到广泛应用。以TZM钼合金为基体,采用电子束为热源在基体表面沉积304不锈钢,制备Mo‑Fe双金属材料,并研究电子束熔丝沉积工艺参数对双金属显微组织、熔合线元素分布、硬度及耐磨性的影响。试验结果表明:不同工艺参数下,钼合金与304不锈钢双金属结合良好;随热输入的增加,材料显微硬度和耐磨性能显著提高。当电子束束流为33 mA,送丝速度为1600 mm/min,行进速度为150 mm/min时,所得样品组织最为精细、硬度最高(503 HV)、耐磨性能最好。

电子束熔丝沉积快速制造成型技术与组织特征

利用电子束熔丝沉积快速制造技术制备了TC4钛合金薄壁结构和实体结构试样,分析了成型技术特点,探讨了组织形貌特征及形成机制。研究表明:对于薄壁结构,采用合理的工艺参数,获得的熔积层的宽度为7.4mm,层高为1.5mm;结构纵截面的组织形貌特征是原始β柱状晶与沉积高度方向大约成15°角,较为粗大,宽3～5mm,单个柱状晶贯穿几层到十几层熔积层不等。对于实体结构,熔积间距为4.7mm时得到的试样表面较为平整,熔积高度基本一致;试样纵截面可观察到明显的层带,而原始β柱状晶垂直向上生长。

基材类型对钛合金电子束熔丝沉积成形的组织与硬度的影响

采用TC4钛合金焊丝,在α钛合金、α+β钛合金和β钛合金表面进行电子束熔丝沉积增材成形试验,研究了异种材料增材成形时基材对成形层及附近材料的显微组织和硬度的影响规律。结果表明:成形层的宏观组织均是沿成形高度方向外延生长的粗大柱状晶,基材类型对柱状晶的尺寸有较大影响,TB5为基材时柱状晶尺寸较小;成形层的微观组织为典型的网篮组织,但以TA3为基材的成形层中α片层较为粗大且无马氏体α’相,以TC4为基材的成形层中片层α相的尺寸较小,而以TB5为基材的成形层中有α’相析出,且越靠近基材,α’相的尺寸越小,数量越多。在基材原表面附近的基材内部有一层过渡区域,其中部分金属在成形过程中被熔化。熔化区尺寸与基材类型有关,以TA3为基材时熔化区最小;过渡区内材料的硬度发生明显变化,尤其是以TB5合金作为基材、表面沉积TC4合金时,该区域的显微硬度高于TB5和TC4合金的硬度。研究表明,基材的热物理性能对成形过程中热传导的影响、合金元素含量对材料组织转变的影响,是过渡区域内熔化区尺寸、成形层与过渡层中组织与硬度变化的主要影响因素。

激光熔化沉积快速成形TA15钛合金电子束焊接头力学性能与组织

为了进一步探索激光熔化沉积快速成形TA15钛合金的焊接性能,通过对激光熔化沉积快速成形钛合金之间以及与普通板材TA15钛合金电子束焊接的研究,获得了电子束焊接头力学性能与显微组织。结果表明:在力学性能方面,激光熔化沉积快速成形制造TA15接头力学性能优良,焊接系数大于0.9;在组织方面,激光熔化沉积快速成形TA15之间、激光熔化沉积快速成形和板材TA15之间焊缝中心的显微组织均为网篮组织,拉伸断裂呈韧性断裂特征。

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。

国内外电子束熔丝沉积增材制造技术发展现状

随着增材制造技术的不断发展,各种增材制造技术,如电弧增材制造、激光增材制造和电子束增材制造等,在其相应的领域内展开了广泛的研究.文中总结了电子束熔丝沉积增材制造技术的特点.重点介绍了国内外对电子束熔丝沉积技术开展的研究工作,简要介绍了国内外学者在电子束熔丝沉积技术设备和工艺方面取得的最新研究成果.分析了电子束熔丝沉积技术目前亟需展开的研究工作,并展望了该技术应向活泼难熔金属、复合材料、梯度材料制备与大型复杂构件的增材制造等方向发展.

热处理工艺对电子束熔丝成形TC18钛合金组织性能的影响

利用电子束熔丝成形技术制备了TC18钛合金试样,研究了热处理工艺对TC18钛合金显微组织性能的影响。结果表明,经热等静压处理后,宏观组织为典型的沿堆积高度方向生长的粗大β柱状晶;β晶粒内部显微组织具有网篮状组织特征;片层状初生α相随着固溶温度升高而逐渐减少,固溶温度为830℃时全部消失;随固溶温度的升高,试样对应的显微硬度值增大;相同固溶处理条件下,随时效温度的升高,β转变组织中次生α相片层宽度明显增大,对应的显微硬度值降低。

电子束熔丝成形的TC4钛合金的组织与性能研究

研究了采用电子束熔丝成形(EBRM)技术制造的TC4钛合金件的组织特征及力学性能,结果表明:经EBRM技术得到的TC4钛合金件宏观组织为异常粗大的β柱状晶。经热处理后,显微组织由片状初生α相、β转变组织及晶界α相组成;室温拉伸性能呈现明显的各向异性,但各方向的强度和塑性均满足AMS 4999A—2011标准要求,其中,x、y向抗拉强度与自由锻件实测水平相当;室温冲击韧度达到70 J/cm2,约为自由锻件及铸件实测值的两倍;光滑试样轴向加载高周疲劳性能优于经β热处理的锻件;轴向加载低循环应变疲劳性能与锻件相当,但优于铸件。

熔丝沉积快速成形的控制及软件系统的研究

基于国内需要开发了熔丝沉积快速成形(FDM)设备,介绍了其工作原理及硬件控制结构设计,并详细描述了控制及软件体系结构。软件体系结构包括处于内核态的驱动程序和处于用户态的数据处理部分软件。数据处理部分包括硬件抽象层、读取接口数据文件、虚拟机及上层GUI应用程序。

TC18钛合金电子束熔丝成形技术研究

简要介绍了电子束熔丝成形的技术特点及应用,通过对TC18高强钛合金电子束熔丝成形技术变形控制、缺陷控制和力学性能调控三大关键技术的研究,概述了该成形技术在TC18钛合金结构成形中的最新研究进展;总结了工程应用中存在的问题,归纳出电子束熔丝成形技术发展中存在的一些主要基础科学问题。

电子束熔丝增材制造成形路径的研究与优化——以304不锈钢为例

采用直径1 mm的304不锈钢材进行电子束熔丝沉积快速成型,通过控制送丝速度、电子束流强度以及成型速度等参数不变,选择不同的成型路径下制备出180 mm×40 mm×20 mm的打印样品,经过拉伸试验后,观察研究其微观组织,并对其力学性能进行分析。通过电子束增材制造,可获得致密无宏观缺陷的块体材料,打印态的304不锈钢材平均颗粒尺寸不大于10μm,并含有细小均匀的析出相。样品在往复打印、交错往复打印以及改良后交错往复打印路径下的抗拉强度分别约为683 MPa、878 MPa、970 MPa,这三种打印路径成型的样品均能达到硬度以及抗拉强度σb≥515MPa的要求,拉伸断口分析得到,交错打印方式的试件断口为韧性断口,交错往复打印的断口为脆性断口。交错往复打印以及改良后的交错往复打印的试件致密度更好,抗拉强度等力学性能性能更优。

α板条排列方式对电子束熔丝沉积TC4钛合金组织与拉伸性能的影响

研究了电子束熔丝沉积(EBRM)TC4钛合金堆积体横截面的低倍、高倍组织特征及不同特征位置的拉伸性能。结果表明,TC4钛合金堆积体低倍组织呈柱状晶形貌,随着堆积高度增加,柱状晶宽度逐渐增加,晶内组织有从模糊晶向清晰晶转变的趋势。高倍显微镜下模糊晶区α板条呈编织状排列,清晰晶区α板条呈平行排列并形成粗大集束。α板条的排列方式对拉伸强度影响较小,但对塑性影响较大。平行排列的α集束内易产生局部变形,导致清晰晶区拉伸塑性较低。

熔丝沉积快速成形制件的表面质量

针对熔丝沉积快速成形制件中存在的表面质量问题,采用三因素三水平正交实验法,调节快速成形工艺中的分层厚度、制件摆放角度和线宽三个主要工艺参数,观察制件的表面质量。经方差分析可知,FDM分层厚、制件摆放角度、线宽分别以因素A1、B1、C2为最佳,各因素对表面质量由主至次的影响为A、C、B。该研究有利于优化工艺参数,提高FDM制件的表面质量。

A-100钢电子束熔丝成形件超声相控阵检测应用初探

初步研究了超声相控阵检测技术在A-100钢电子束熔丝成形制件中的应用。结果表明:超声相控阵检测技术在A-100钢电子束熔丝成形制件微裂纹检测和大厚度制件检测中有较好的应用效果;与成形路径等因素相关的微观组织结构对检测技术的应用有较大影响;超声波入射方向和角度选择对微裂纹的识别非常关键;制件内部微裂纹存在与平行于逐层生长方向的某端面呈现小倾角或近似平行的断续拐弯状的分布趋势。

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.

TC4钛合金低压电子束熔丝沉积层组织与性能

对TC4钛合金进行了低压电子束熔丝沉积试验,探究了该方法的可行性,并分析了沉积层数对微观组织和性能的影响.结果表明,在加速电压为10 kV的低压时也可完成TC4钛合金的多层熔丝沉积.多层沉积之后得到的沉积件的平均显微硬度在260 HV左右,只有沉积件底部条带状纹理聚集处的显微硬度接近退火态TC4基材的288 HV.条带状纹理产生于多层沉积的过程之中,β相晶粒受热循环影响而发生了β→α+α′+β的转变,其中硬度较高的网篮状α′相与片状的α相组成了条带状纹理,该显微组织的特点是随着与基板距离的增加,网篮状组织逐渐融入片状组织.沉积件的拉伸断裂形式为韧性断裂,最高抗拉强度为862 MPa,略低于国家标准,这是因为在多层沉积的沉积件中β柱状晶会变得巨大,同时还会出现等轴晶,晶粒的巨大化使得沉积件的抗拉性能出现了下降.

熔丝沉积快速成型制件尺寸精度的研究

分析了影响熔丝沉积快速成型制件尺寸精度的因素,并提出了相应的提高熔丝沉积快速成型制件尺寸精度的措施。对提高熔丝沉积快速成型制件尺寸精度,促进熔丝沉积快速成型技术的应用和发展具有一定的参考价值。