工艺参数对选区激光熔化CuCrZr合金单道次熔道特性的影响

选区激光熔化(selective laser melting, SLM)制备合金过程中,材料经历了快速熔化和凝固,工艺参数选择不当可能导致熔道出现缺陷。本文通过微观尺度下的数值模拟和实验证实,旨在研究不同工艺参数下单层单道次SLM过程中CuCrZr合金的熔道特征。模拟与实验结果表明,在单道次打印过程中,激光功率和扫描速率的变化会对熔池形貌产生影响。当激光功率从250 W增加到450 W时,熔道宽度逐渐增加至124μm,并且熔道表面出现波纹形貌。而当扫描速率从0.4 m/s增加到0.8 m/s时,熔道宽度逐渐减小,波纹形貌消失。当激光功率为250 W,扫描速率为0.8 m/s时,激光能量输入不足,导致熔道出现球化现象。然而,随着激光功率的增加,球化现象消失,金属粉末颗粒在熔道边缘局部熔化,导致单道不平直现象的出现。

选区激光熔化制备CuCrZr合金致密化行为与组织性能调控研究

CuCrZr合金具有优良的导热性和导电性,且兼具良好的力学性能,在航空航天、核反应堆部件等领域有着重要应用。对选区激光熔化(SLM)制备CuCrZr合金的成形性能进行了分析,主要考虑激光功率、扫描速度和扫描间距3个主要工艺参数对合金成形致密度、显微组织和显微硬度的影响。研究结果表明,SLM制备的CuCrZr合金孔隙主要以粉末未完全熔化和气孔为主,当体积能量密度升高时,孔隙类型逐渐由粉末未熔化向气孔转变。扫描间距为0.12 mm时合金致密度优于扫描间距为0.09 mm的合金,最佳工艺为激光功率360W,扫描速度800 mm/s,扫描间距0.12 mm和层厚0.03 mm,此时致密度可达99.30%,其体积能量密度为125 J/mm^(3)。合金组织呈大晶粒包围小晶粒的特征,晶粒形状不规则、随机分布,体现了SLM成形过程中不均匀温度场引起的晶粒生长的各向异性。不同构建方向上组织形貌差异明显,XY面以等轴晶为主,XZ面则出现大量沿构建方向生长的柱状晶。此外,工艺参数对SLM成形CuCrZr合金的显微硬度值影响不明显,致密度对硬度的影响更为显著。细小晶粒或细长晶粒聚集处的硬度值较高。SLM技术可以用于制备高性能CuCrZr合金,通过优化工艺参数可以获得高致密度、细小均匀的显微组织和高硬度。

工艺参数对 SLM 成形 CuCrZr 合金致密度和尺寸精度的影响

为了研究工艺参数对SLM成形CuCrZr合金样件的致密度和尺寸精度的影响,通过响应曲面法建立回归方程模型,分析激光选区熔化技术的主要成形工艺参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)对合金化CuCrZr粉末成形致密度及尺寸精度的演变规律的影响。结果显示:扫描间距对致密度的影响最大,而扫描速度对尺寸精度影响最大。增大激光功率,致密度先增大后减小,尺寸误差增大;增大扫描速度,致密度先增大后减小,尺寸误差先减小后增大;增大扫描间距,致密度和尺寸误差都减小。经过优化后,CuCrZr样件达到致密度99.102%,X和Y方向的尺寸误差均为0.045 mm,表面粗糙度Ra值为7.21μm。

CuCrZr合金与316L不锈钢电子束焊接头微观组织与力学性能

在焊接电压150 kV和焊接速度15 mm/s不变的情况下,以3种厚度分别为1.5,2.5,3.5 mm的CuCrZr合金与316L不锈钢为研究对象,分别采用对应的电子束流为11,13,15 mA进行真空电子束焊试验,并对焊接接头的显微组织与力学性能进行了对比分析。结果表明:3种不同厚度的焊接接头焊缝区的硬度均高于CuCrZr合金母材区的,接近316L不锈钢母材区的,其中3.5 mm厚度的硬度最大,为HV196;在抗拉测试中,板厚1.5 mm的焊接接头抗拉性能最好,断裂位置位于铜侧,抗拉强度达到了546 MPa,断后伸长率为54%。但3种焊接接头焊缝区微观均出现了微裂纹,焊缝区存在大量的弥散组织,组织主要为富铁与富铜固溶析出相。

CuCrZr/Inconel 625异种材质合金管激光焊接工艺与接头界面组织性能

对CuCrZr与Inconel 625异种材料合金管进行激光对焊试验,观察分析各组试样的接头形貌、微观组织、化学成分以及力学性能分析,试验结果表明,在1100~1300 W的激光功率,+20 mm的离焦量以及14.5 mm/s的焊接速度,20 L/min的99.9%Ar气保护时焊缝成形良好,可实现Inconel 625/CuCrZr管的全位置焊接,焊缝内部缺陷较少,但随着焊接功率的增加焊缝下塌现象明显;Inconel 625/CuCrZr焊缝与母材连接界面元素过渡明显,由于Ni元素,Cu元素互溶,在焊缝内部主要以富Ni的Ni/Cu固溶体存在,在激光焊接过程中CuCrZr母材受激光搅拌作用,有部分铜母材被“卷入”焊缝内,待工件冷却后保留在焊缝内部;Inconel 625/CuCrZr管激光焊接接头抗拉强度较高,晶粒粗大的CuCrZr的热影响区位置是主要断裂位置,断裂形式以韧性断裂为主.

CuCrZr/316LN合金管激光焊接头组织与性能

对CuCrZr与316LN异种材料合金管进行激光焊试验,观察分析试样的接头形貌、微观组织、化学成分以及力学性能分析.结果表明,在激光功率1100~1400 W、离焦量+20 mm、焊接速度14.5 mm/s和氩气流量15 L/min时焊缝成形良好,可实现CuCrZr/316LN合金管的全位置焊接,焊缝内部缺陷较少,但随着激光功率的增加,焊缝下塌现象明显;CuCrZr/316LN焊缝与母材连接界面元素过渡明显,由于Fe,Cu互溶,在焊缝内部主要以形状不同的富Fe的Fe/Cu固溶体存在;CuCrZr/316LN合金管激光焊接接头抗拉强度较高,主要断裂位置为晶粒粗大的铜侧热影响区位置,断裂形式以韧性断裂为主.

Cu/CuCrZr钎焊用Cu-Mn基多元固溶体钎料和接头结构

为了解决CFC与Cu Cr Zr合金的冶金连接问题,以二元合金Cu_(62)Mn_(38)(at.%)为基础成分,采用低熔点Ga作为主要合金化元素和微合金化元素Cr和Si,设计了系列固溶体钎料合金Cu_(62)Mn_(37-x)Ga_(x)Cr_(0.5)Si_(0.5)(x=0~10,at.%)。利用电弧熔炼、铜模吸铸和冷轧制备了100μm厚的钎料箔带。采用Cu_(62)Mn_(31)Ga_(6)Cr_(0.5)Si_(0.5)钎料在不同工艺条件下(875~900℃,保温15~25min)制备了无氧铜和Cu Cr Zr合金钎焊接头。通过热分析和X-射线衍射分析了钎料熔化行为和相组成;采用光学显微镜、扫描电镜、电子探针和力学性能拉伸机对接头的组织形貌、成分分布和力学性能进行了分析。结果表明,在880℃/保温25min钎焊工艺下可获得无缺陷CFC/Cu Cr Zr接头结构,焊缝的Cu固溶体基体内有少量不连续分布的粒状纳米Cr_(3)Si析出相;在室温抗拉试验中,此接头的抗拉强度为215MPa,断后延伸率40%,断裂模式为韧性断裂。该钎料和焊接工艺已应用于HL-2M偏滤器制造中碳纤维复合材料和Cu Cr Zr合金的连接加工。

CuCrZr合金电子束焊接头微观组织与力学性能优化

本文针对聚变堆新型波导管结构材料CuCrZr合金开展电子束焊接探索,结合微观表征和力学试验,系统研究了焊接工艺和焊后热处理条件对接头显微组织与力学性能的影响。在此基础上解析了接头的形成机制及焊接工艺调控接头组织性能的本质原因。结果表明:CuCrZr合金电子束焊接头由热影响区、熔合区和焊缝区组成,其中热影响区又可分为细晶区和粗晶区。接头最佳抗拉强度达到了333 MPa,满足ITER中波导管的焊接要求(>280 MPa)。焊后热处理能显著改善接头的显微组织与应力分布。接头在500℃热处理12 h的抗拉强度达到了408 MPa,比未热处理的接头提高了22.3%。焊后热处理促进了焊缝区中Cr相析出,增强了析出强化效应。

预时效对高载热中子靶用CuCrZr合金导热与力学性能影响研究

CuCrZr合金作为一种性能优异的高强高导合金,是强流氘氚中子源中子靶散热基底材料的最佳选择之一。中子靶的制备需要经过长时间的高温处理,工作时需要承受高能束流轰击产生很高的热载荷,对靶基底的散热性能和力学性能提出了很高的要求。本文研究了预时效对提高CuCrZr合金高温环境下组织和性能稳定性的作用及机制。结果表明,经过预时效处理,CuCrZr合金中析出了细小、弥散的富Cr相和Cu-Zr金属间化合物,提高材料热导率的同时有效抑制了第二相的长大,从而保证了CuCrZr合金具有良好的导热性能及高温力学性能,进而为中子靶散热基底的性能及寿命提供了保障。

ITER第一壁CuCrZr/316L(N)复合板的制作及检测

以CuCrZr合金板为基板,316L(N)-IG不锈钢板为复板,制作了CuCrZr/316L(N)-IG爆炸复合板用于ITER第一壁热沉部件。对其进行了金相试验、硬度测试以及拉伸试验等。结果显示,复合板界面层具有明显的波状组织,平均波长和波高分别为1200mm和500mm,室温下抗拉强度达到394MPa。用复合板制作了6个第一壁小模块,进行质量认证试验,结果表明其满足ITER要求。

工艺参数对SLM成形CuCrZr合金微流道粗糙度的影响

为了研究工艺参数对激光选区熔化技术成形的CuCrZr合金微流道表面粗糙度的影响,采用正交试验法制备了具有微流道的CuCrZr合金试样;利用3维形貌仪和扫描电子显微镜测试样件内表面的粗糙度和微观形貌,分析了激光功率、扫描速率、填充距离对微流道悬垂面及侧表面的粗糙度的影响规律和内在机制。结果表明,扫描速率对于悬垂面和侧表面的粗糙度影响最大,悬垂面受熔池自身质量影响而出现“挂渣”现象,而侧表面粗糙度则受马兰戈尼效应的影响较大;经过优化,在激光功率380 W、扫描速率520 mm/s、扫描间距0.12 mm的工艺参数下,可加工获得具有最小侧表面粗糙度(16.91μm)的微流道样件;在激光功率320 W、扫描速率560 mm/s、填充距离0.14 mm的工艺参数下,可加工获得具有悬垂面最小粗糙度(24.86μm)的微流道样件。该研究从激光工艺窗口的角度为激光选区熔化技术成形表面精度提供了依据。

高强高导CuCrZr合金熔炼技术研究

介绍用中频感应炉在大气中熔铸CuCrZr合金的技术。大气熔炼能明显减少合金吸气;采用复合覆盖剂能有效减少合金的氧化和疏松;先以铜包覆Cr后置于炉底再倒入铜液进行熔炼,能大大减轻Cr的烧损程度;Zr以中间合金的方式加入,且只有采取包内冲熔的方式才能获得Zr的最高回收率。浇注温度应在115 0～12 0 0℃之间,能保证铸锭致密、氧化疏松等缺陷少,大气熔铸铸出的坯锭成分稳定均匀、组织致密。同时通过其后的塑性变形和时效能得到高强高导的铜合金。

Be/CuCrZr合金扩散连接的界面行为

在不同表面粗糙度的Be侧镀Ti/Cu中间层,采用热等静压技术将铍与CuCrZr合金进行扩散连接。通过AES、SEM(EDS)、室温剪切试验和XRD等分析其镀层形貌及成分、界面特性与相结构。结果表明:9μmTi、35μmCu镀层带征较为均匀,影响扩散连接强度的元素较少,采用双靶单侧镀复合膜的工艺有利于减少Ti镀层的氧化;界面剪切强度明显提高,最高可达243MPa,Be表面粗糙度的不同对强度影响不明显;Be-Ti连接强度高,剪切断裂均发生在Cu镀层。

Be／CuCrZr热等静压扩散连接界面特性

采用热等静压(HIP)技术对Be与CuCrZr合金进行扩散连接,比较了不同HIP工艺下制备的Be/CuCrZr接头性能,观察了接头区域的微观组织。结果表明:在580℃,140MPa下Be与CuCrZr直接扩散连接以及采用Ti(Be上PVD镀层)/Cu(CuCrZr上PVD镀层)作过渡层的间接扩散连接均达到了较好的连接效果。材料组合及连接工艺参数等对Be与CuCrZr合金的扩散连接存在着明显的影响。表面采用Ti镀层的间接扩散连接在580℃时可有效阻止Be与Cu形成脆性相。经过580℃,2hHIP处理后,CuCrZr硬度可恢复至初始状态的77%。

国际热核实验堆第一壁材料CuCrZr合金及其与不锈钢焊接接头的力学性能

将经过真空熔炼、铸造、热轧后的国际热核实验堆(ITER)第一壁中所使用的CuCrZr合金进行960～1 040℃固溶处理后,分别在475℃和580℃进行时效处理;对CuCrZr合金的力学性能进行测试,对显微组织进行观察;将CuCrZr合金与316L不锈钢进行热等静压(HIP)焊接,对焊接接头组织与性能进行了研究。结果表明:该合金经时效处理后硬度和强度较固溶态都有明显的提高,尤其是475℃保温3 h的时效强化效果最为明显,但合金晶粒发生了明显的长大,伸长率也明显降低。CuCrZr合金和316L不锈钢焊接接头性能良好,但在界面附近的晶粒尺寸差别较大,同时还有脆性相析出。

CuCrZr合金表面等离子喷涂Cr_3C_2-NiCr及NiAl/Cr_3C_2-NiCr涂层的结合性能

在CuCrZr合金表面等离子喷涂Cr3C2-NiCr涂层、NiAl/Cr3C2-NiCr复合涂层.测试涂层与基体间的结合强度及涂层的热震性能,结合SEM,EDS和XRD等分析涂层物相变化,探讨涂层的结合机理.结果表明,涂层的结合强度均较高;Ni-Al发生放热反应,生成Al4Ni3,Al3Ni2,AlNi3,剩余的铝与铜反应生成Cu3Al2,CuAl2,CuAl,局部区域形成微冶金结合;二种涂层均以机械锚合为主,在参数适合且基体相同的情况下,涂层结合强度取决于涂层材料的力学性能;相同试验条件下,NiAl/Cr3C2-NiCr复合涂层的热震性能优于Cr3C2-NiCr涂层.

等径角挤压工艺对固溶状态CuCrZr合金性能的影响

研究了等径角挤压工艺(ECAP)对固溶态CuCrZr合金性能的影响。结果表明,随着挤压道次的增加,合金的硬度迅速上升,导电率略有下降。时效前经ECAP处理可以加速时效初期第二相的析出,使合金的性能以较快的幅度上升。ECAP六道次试样400℃时效1 h,导电率和硬度分别为81.1%IACS和200 HV30。

高强高导纳米复合材料CuCrZr/AlN的组织与性能

采用粉末冶金方法制备高强高导铜合金基纳米复合材料(CuCrZr/AlN),用TEM、SEM等方法研究不同工艺条件如温度、压力、复压压力及复烧温度对复合材料组织与性能的影响。结果表明:烧结后的试样密度随压力、烧结温度的升高而增大,复压复烧后致密度达98%;试样抗弯强度随密度的增大而增大,复压复烧后,试样最大抗弯强度达到417MPa;600MPa复压950℃复烧试样的软化温度大于600℃;烧结温度为950和900℃,相对应的晶粒尺寸分别是0.26～0.44μm和0.1～0.21μm;材料的电导率随着密度的增大而增大,复压复烧后可以达到62%(IACS)。

等径角挤压制备CuCrZr合金的抗软化性能

研究了CuCrZr合金等径角挤压(ECAP)后的微观组织演变及软化温度。结果表明,固溶态CuCrZr合金经路线BC(每挤一道次后试样沿同一方向旋转90°)等径角挤压10道次后组织细化至亚微米级,超细晶晶粒较为等轴、均匀。等径角挤压10道次后合金的软化温度约为530℃,但550℃时,合金的硬度仍高达161HV,这说明ECAP后合金的抗软化能力并没有降低。因为ECAP促进了时效时析出相的析出,使得析出相更为弥散、细小,从而提高了合金的力学性能。

热拉伸处理CuCrZr合金的力学性能、导电性能和显微组织（英文）

采用热拉伸方法在100至300℃温度范围内对CuCrZr合金进行处理,实验结果表明:热拉伸处理工艺能成功地制备具有高硬度和一定导电能力的CuCrZr合金。在不同的处理温度下,随着延伸率的增加,所得材料的显微硬度均有所增加,而导电性均有一定程度的降低。通过TEM观察到大量的含Cr沉淀相,且这些沉淀相与Cu基体之间存在Nishiyama-Wasserman位向关系。热拉伸处理后的CuCrZr合金的高显微硬度和可接受的导电性归因于固溶原子析出、位错增殖、晶粒细化以及沉淀强化的共同作用。