电子束粉末床熔融增材制造装备发展综述

电子束粉末床熔融(EB-PBF)增材制造技术具备成形效率高、成形零件应力低等优势,适用于高温合金、高熔点金属的成形,在航空航天、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。对电子束粉末床熔融装备的研究情况进行了概述,回顾了EB-PBF装备的发展历程,汇总分析了国内外主要厂商的装备特点及研发进展,综述了抗吹粉、多材料、多束流复合3个方面装备的关键改进与创新方法。在此基础上,着重介绍了离子中和、机械装置屏蔽、近红外预热等新型成形舱改进方案,及其对工艺过程稳定性的提升效果;介绍了新型铺送粉装置改进方案对多材料成形的潜力,即该方案可有效满足多材料成形、成形效率提高等需求;此外提出并实现了多电子枪同幅加热成形、电子束-激光复合成形等突破传统单电子枪加工思路的新型成形技术。最后,总结了该方向的研究进展并对其发展前景和主要发展方向进行了展望。

GH4169惯性摩擦焊界面摩擦及瞬态热过程数值模拟研究

针对GH4169高温合金惯性摩擦焊过程,基于有限元方法研究了界面摩擦机制的转变、摩擦产热和温度场等热过程参量的分布特征及瞬态演化规律。利用试验数据对有限元模型的准确性进行了对比验证。结果表明,焊接初始整个界面均为库仑摩擦区,从0.54 s开始库仑摩擦区逐渐缩小并在9.60 s完全消失,剪切摩擦区从0.31R0(R0为工件半径)处开始形成并逐渐扩展至整个界面。根据模拟结果,提出了描述库仑摩擦区演化过程的解析公式。分析了摩擦机制转变引起的界面热流密度、摩擦应力和温度的耦合关系及变化规律。研究表明,界面上库仑摩擦机制向剪切摩擦机制的转变有利于焊接界面附近温度场的均匀化。

搅拌摩擦加工调控Mg-5Zn-0.6Zr合金耐蚀性的研究

作为一种储量足、比强度和比模量高的轻质结构材料和功能材料,镁的应用前景十分广阔,然而镁的耐蚀性不佳严重限制了其应用范围,较大尺寸的沉淀相导致的电偶腐蚀是镁合金耐蚀性不佳的重要原因。本工作选取铸态Mg-5Zn-0.6Zr合金作为研究对象,对该合金进行了搅拌摩擦加工处理,并对搅拌摩擦加工前后合金的组织结构和电化学性能进行了检测分析。结果表明,搅拌摩擦加工处理后的Mg-5Zn-0.6Zr合金形成了较强的(0001)基面织构,且大部分区域位错密度较低,晶粒尺寸从66.4μm细化到1.6μm,沉淀相发生了一定程度的破碎和弥散分布,在3.5%(下文如无特别说明,均指质量分数)NaCl水溶液中开路电位下的腐蚀电流密度由38.3μA/cm^(2)降至17.0μA/cm^(2),极化电阻由48.98Ω·cm^(2)提升至197.02Ω·cm^(2)。研究表明,搅拌摩擦加工可以有效提高镁合金的耐蚀性。

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。

40Mn钢高温高应变速率塑性本构行为

为研究40Mn钢在高温高应变速率下的塑性本构行为,利用分离式霍普金森压杆装置对40Mn钢开展了高温(650℃)和高应变速率(1700、2800、3500、4600和5500 s~(-1))下的压缩实验。实验结果显示,在应变速率高于4600 s~(-1)时,40Mn钢的应变速率强化效应明显减弱。对测量获得的应力和应变数据进行Johnson-Cook塑性本构模型拟合。利用MATLAB进行了材料塑性本构参数的优化,并在有限元模拟中应用了所构建的本构模型。通过对比有限元模拟和实验测量的高速压缩后的试样高度,验证了所构建本构模型及优化后的模型的预测精度。