激光体能量密度对激光选区熔化成形TC4钛合金致密化行为的影响

采用激光选区熔化(SLM)技术制备TC4钛合金,研究了激光体能量密度对合金表面质量和致密化行为的影响。结果表明:随着激光体能量密度由33 J·mm-3增加到80 J·mm-3,合金表面粗糙度减小,表面质量提高,表面球化现象明显改善;随着激光体能量密度的增大,合金内部孔洞减少,相对密度由90.5%增大到99.3%,但过高的激光体能量密度下熔体的过度流动影响成形件的尺寸精度及性能;制备该合金的最佳参数为激光体能量密度66 J·mm-3,即激光功率250 W,扫描速度500 mm·s-1,此时合金的表面质量和致密性均较好。     

选区激光熔化成形CoCrFeNiCuAl0.8高熵合金的组织与性能

采用选区激光熔化成形(SLM)技术制备CoCrFeNiCuAl_0.8高熵合金,研究了不同激光热输入(0.06～0.36 J·mm^-1)下合金的成形质量和密度,确定最优成形工艺参数,并分析了在最优成形工艺参数下合金的显微组织和拉伸性能。结果表明：随着热输入的增加,SLM成形合金的密度先增大,当热输入大于0.15 J·mm^-1时,密度基本保持不变;当热输入为0.34 J·mm^-1时,密度最大,为7.5 g·cm^-3,最优工艺参数为激光功率270 W、扫描速度800 mm·s^-1。SLM成形合金具有由无序体心立方相(A2相)和有序体心立方相(B2相)组成的双相结构,显微组织由柱状晶和等轴晶组成,屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率分别为651 MPa, 840 MPa, 22%,23%,断裂机制为韧性断裂。     

工艺参数对激光选区熔化成形TA32钛合金成形质量及硬度的影响

采用激光选区熔化（SLM）技术制备TA32钛合金试样,研究了激光功率（200～400 W）、扫描速度(800～1 200 mm·s^-1)和扫描间距（90～130μm）对成形质量及硬度的影响。结果表明：随着扫描速度增加,SLM成形TA32钛合金的表面粗糙度先减小后增大,相对密度和维氏硬度均逐渐降低;随着扫描间距增大,钛合金的表面粗糙度先减小后增大,相对密度和维氏硬度均先降低后升高;随着激光功率增加,钛合金的表面粗糙度先减小后增大,相对密度和维氏硬度均先升高后降低;适用于TA32钛合金SLM成形的激光能量密度范围为45～75 J·mm^-3。     

激光选区熔化钛铝合金裂纹形成机理及抑制研究

裂纹是激光选区熔化成形TiAl合金时最常见、破坏性最大的一种缺陷。以Ti-47Al-2Cr-2Nb合金粉末为成形材料,利用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线能谱分析及残余应力检测等检测方法,研究SLM成形TiAl合金过程中裂纹的形成机理及抑制方法。研究结果表明:SLM成形TiAl合金的裂纹为冷裂纹,具有穿晶断裂的特征。由于SLM成形过程中的快速加热冷却,成形件内部残余应力高于材料的抗拉强度,导致了裂纹的形成。裂纹多起源于试样侧面边缘粉末黏结、缺口等缺陷存在的地方,此外,合金试样内部含有大量的α2脆性相及孔隙,也有利于裂纹产生和拓展。随着基板预热温度逐渐提升到300℃,一方面温度梯度减小使得材料热胀冷缩减弱,试样内部的残余应力由(267.2±13.4) MPa降低到(172.6±8.6) MPa;另一方面,预热导致β相稳定性提高,α2脆性相的含量减少,最终使得试样中的裂纹数量和尺寸明显得到控制,试样的相对致密度也由87.64%上升到93.84%。     

激光选区熔化成形CuZnAl形状记忆合金工艺研究

利用激光选区熔化技术制备了铜基形状记忆合金块体,并初步探索了不同激光体能量密度对于合金致密度、相组成、微观组织形貌及力学性能的影响。发现随着激光体能量密度的增加,致密度先增加后减少。试样中β相的含量随着激光体能量密度的增加而减少,当激光体能量密度达到194.4 J/mm~3时,β相完全消失,只剩下单一的α相。显微组织观察显示,采用激光选区熔化技术制备的块体中存在的α相呈现规则的层片状,不同于铸造组织中形成的长条状α相。受到孔隙率的影响,拉伸强度随着激光体能量密度的增加而增加,最高拉伸强度可达328.3MPa;而由于相组成的改变,显微硬度随着激光体能量密度的增加而降低。     

机械合金化对微波烧结Cu_(20)Fe_(80)合金组织性能的影响

采用机械合金化、冷压和微波烧结法制备了Cu_(20)Fe_(80)合金,通过X射线和SEM扫描电镜分析Cu_(20)Fe_(80)合金组织和相组成,并测定合金的致密度和硬度,研究了制备过程中Cu_(20)Fe_(80)合金组织的演变规律。结果表明:Cu_(20)Fe_(80)合金粉体呈层片状,随球磨时间增加,合金粉体得到细化,机械合金化程度增强;Cu_(20)Fe_(80)合金粉体的冷压坯组织呈层片状,随冷压压力提高,合金压坯由疏松逐渐密实,致密程度逐渐提高,成形性提高;微波烧结后合金组织呈层片状,随冷压压力和球磨时间增加,晶界逐渐明显,孔隙减少,致密度增加,硬度提高,最佳球磨时间为4 h。     

热等静压温度对激光选区熔化成形GH3536裂纹和组织性能的影响

利用激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术制备了GH3536镍基高温合金,研究了不同热等静压(Hot isostatic pressing,HIP)温度对SLM成形GH3536合金裂纹和组织性能的影响。利用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、电子背散射衍射(Electron backscatter diffraction,EBSD)、电子探针显微分析仪(Electron probe microanalyzer,EPMA)等方式表征了GH3536相组成和组织演变,利用高温持久性能试验机测试合金室温和高温拉伸性能。结果表明：经HIP后,SLM成形GH3536合金相组成保持不变,均为γ相,但晶格常数降低,且随着HIP温度的升高而降低。SLM态合金中存在10～100μm的微裂纹和气孔缺陷,微裂纹主要存在于熔池边界。经HIP后,合金中微裂纹完全消除,但仍存在少量孔洞。GH3536合金经高温高压处理后,晶粒尺寸增大,抗拉强度有所降低。其中SLM态试样室温抗拉强度...     

SUS304不锈钢超薄片脉冲激光焊接工艺及接头的显微组织和力学性能

在不同激光功率(140～420 W)和焊接速度(10～30 mm·s~(-1))(即不同热输入)下对SUS304不锈钢超薄片(厚度0.2mm)进行脉冲激光搭接焊,研究了热输入对焊缝成形的影响,并分析了最优成形接头的显微组织和力学性能。结果表明:当热输入在9～20J·mm~(-1)时可获得成形良好的焊缝,其中在激光功率320 W、焊接速度20mm·s~(-1)(热输入16J·mm~(-1))条件下的成形性能最优;最优成形接头焊缝中心为等轴晶组织,熔合线处为细小柱状晶组织,近熔合线的焊缝中形成了胞状树枝晶;最优成形接头熔合线处的硬度最高,其次为焊缝区;不同激光功率和焊接速度所得接头均在热影响区发生断裂,最优成形接头的抗拉强度最高,达到790.1MPa,接近于母材的,其拉伸断裂方式为韧性断裂。     

激光选区熔化成形Inconel718合金的显微组织以及电化学和摩擦学性能

以气雾化法制备的Inconel718合金粉末为原料，采用激光选区熔化(SLM)技术制备了Inconel718合金，研究了合金的显微组织及性能，并与锻造态合金进行对比。结果表明：SLM成形合金垂直于成形方向的组织呈现明显的带状熔化道，平行于成形方向的组织呈现鱼鳞状熔池的界面结构，晶粒为穿过熔池边界的柱状晶；SLM成形合金平行于成形方向的显微硬度(346 HV)略大于垂直于成形方向(324 HV);与锻造态合金相比，SLM成形合金在质量分数3.5%NaCl溶液中的阻抗曲线半径更大，自腐蚀电位与钝化电位更高，自腐蚀电流密度低2个数量级，耐腐蚀性能更优；当载荷为3～10 N时，成形合金的摩擦因数在0.5～0.8,磨损率在5.4×10^-5～14.3×10^-5 mm^-3·N^-1·m^-1,均低于锻造态合金。     

扫描速度对选区激光熔化成形316L不锈钢微观形貌和性能的影响

采用选区激光熔化技术(SLM)在不同扫描速度(700～1200 mm·s-1)下成形316L不锈钢试样,研究了扫描速度对微观形貌和力学性能的影响.结果表明:随着扫描速度的增加,试样的表面粗糙度增大,内部空隙增多;试样的抗拉强度、断后伸长率和硬度先呈缓慢增加趋势,当扫描速度大于1000 mm·s-1时呈快速降低趋势,屈服强度一直呈降低趋势.随着扫描速度增加,试样的冲击吸收能量先保持稳定后下降,冲击断口附近的孔洞和裂纹逐渐增多,冲击断裂形式由韧脆性断裂变为脆性断裂;当扫描速度在700～800 mm·s-1时,试样的冲击韧性最优,冲击吸收能量在58.6～60.0 J.     

ZL104合金表面反应等离子喷涂TiN复相涂层的组织和性能

采用反应等离子喷涂技术在ZL104合金基体上依次沉积NiCrAl黏结层和TiN复相涂层,通过X射线衍射、组织观察、硬度测试、拉伸及磨损试验等方法研究了涂层的物相组成、微观形貌、结合强度、硬度及耐磨性能,并探讨了磨损机制。结果表明:复相涂层由TiN、TiN_(0.3)和少量TiO_2组成,其组织致密,存在少量孔隙和微裂纹;涂层与ZL104合金结合良好,结合强度达17.7MPa;TiN复相涂层的平均显微硬度为1 330HV,约为基体的22倍,磨损量随载荷的增加而增加,且远小于基体的;ZL104合金的磨损机制为微切削磨粒磨损和微疲劳磨损,TiN复相涂层的为微切削磨粒磨损。     

选区激光熔化成形W-Ni-Cu的成形工艺及热物理性能

为了研究W-Ni-Cu合金选区激光熔化技术(SLM)直接成形工艺及其热物理性能,设计了以激光功率、扫描速度、扫描线长度、搭接率为变量的工艺实验,研究各参数对致密度的影响,采用SEM、热分析仪、差式扫描量热仪、热-机械分析仪研究合金的微观组织、导热率与热膨胀系数。结果表明:选择合理的优化工艺参数,W-Ni-Cu(SLM)成形致密度最高达到94.5%;微观组织为难熔相W发生了桥接与团聚,基体相CuNi呈网络状包裹于W相周围;测试试样所加载热流平行于烧结成形方向时,导热系数与热膨胀系数分别是120.314 0W/(m·K)及7.16×10~(-6)/K,加载热流方向垂直于烧结成形方向时,导热系数与热膨胀系数分别是99.257 2W/(m·K)及7.02×10~(-6)/K。不同方向成形测试件导热系数和热膨胀系数的差异是由难熔相W在CuNi相中的分布以及孔隙数量决定的。采用选区激光熔化成形技术可以成形性能较好的W-Ni-Cu合金。     

马氏体时效钢激光选区熔化成形过程介观尺度数值模拟

激光选区熔化(Selective laser melting, SLM)成形过程涉及多种发生于介观尺度下的物理现象,采用试验方法难以揭示物理现象复杂的形成规律。以18Ni-300马氏体时效钢为SLM成形材料,采用离散元法与有限体积法建立了SLM成形介观尺度热流耦合数值模型,并结合熔道成形试验验证模型的正确性。结合数值模拟揭示激光功率从60 W增加至270 W时单道SLM成形熔道形貌、熔池尺寸与温度、传热机制等熔池行为的基本特征;研究在0.2 J/mm、0.3 J/mm和0.45 J/mm线能量密度下不同激光功率和扫描速度组合对熔道形貌、熔池尺寸与传热机制的影响规律;结合熔道搭接理论模型计算激光功率180 W和扫描速度600 mm/s组合下无搭接缺陷的扫描间距理论临界条件约为83μm,并研究80μm、100μm和120μm扫描间距下多道多层SLM成形熔道搭接行为和演变规律。该模型可用于筛选工艺参数区间,提高工艺优化效率,为单层/多层成形的工艺试验提供指导。     

GH4099合金的飞秒激光去除阈值

采用500fs脉宽飞秒激光对GH4099合金板进行表面材料去除加工,研究了激光功率对材料去除区域表面形貌、微区成分及直径的影响;采用最小二乘法对激光功率与去除区域直径进行线性拟合,确定了合金的激光去除阈值。结果表明:当激光功率不高于1.911 3 W时,GH4099合金表面存在一个去除区域A,其形貌与成分与基体的基本相同,当激光功率高于1.911 3 W时,在区域A中出现呈熔融凝固态的区域B,其成分中出现较多碳、氧元素;去除区域A、B的材料去除形式分别为静电剥离和热蒸发,激光去除阈值分别为0.413,12.9J·cm~(-2)。GH4099合金激光加工的合理激光能量密度为0.41312.9J·cm~(-2)。     

工艺参数对选区激光熔化成形可降解纯锌相对密度及力学性能的影响

采用选区激光熔化(SLM)技术制备纯锌,研究了激光功率和扫描速度对其相对密度和力学性能的影响。结果表明:随激光功率增大或扫描速度减小,SLM成形纯锌的相对密度和硬度增大,显微组织均为平行于成形方向生长的柱状晶;SLM成形纯锌的最佳工艺参数为激光功率100 W、扫描速度300mm·s-1,所得试样的相对密度达99.86%,硬度为(44.7±1.2)HV,弹性模量、断后伸长率、抗拉强度、屈服强度分别为(48.6±2.4)GPa、(8.9±0.7)%、(95.5±3.3)MPa、(67.1±0.4)MPa。     

热处理对激光选区熔化GH3536合金组织演变规律的影响研究

利用激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)增材制造技术制备了GH3536镍基高温合金,研究了直接时效、固溶及热等静压处理对SLM合金组织和裂纹的影响规律,利用XRD、SEM、EPMA、EBSD、TEM等方法表征相组成和组织演变。结果表明:SLM态组成相为γ相,经固溶和时效热处理后,晶界析出针棒状和片层状相,EPMA结果表明这些相富含C、Cr、Mo,主要组成为Laves相和碳化物相;SLM态试样经固溶热处理后,合金元素扩散加强,熔池边界逐渐消失;SLM态平均晶粒尺寸13.18 μm,经高温热处理后,合金晶粒发生再结晶,平均晶粒尺寸减小,经固溶处理后平均晶粒尺寸为12.01 μm,而经热等静压处理(1050℃/3 h/120 MPa)后平均晶粒尺寸为10.87 μm。SLM态试样中存在10~100 μm的微裂纹,裂纹起源于熔池内部并贯穿熔化道;经直接时效和固溶热处理后微裂纹未明显改善,而热等静压则可完全消除微裂纹。     

选择性激光熔化成形TC4钛合金开裂行为及其机理研究

裂纹是选择性激光熔化(Selective laser melting, SLM)成形Ti6-Al-4V(TC4)钛合金过程中最常见、破坏性最大的一种缺陷。采用逐行交替的扫描策略制备TC4钛合金试样,利用扫描电子显微镜及X射线能谱分析等检测方法,研究SLM成形TC4钛合金过程中裂纹的开裂行为及其形成机理。结果表明,SLM成形TC4钛合金所产生的裂纹为冷裂纹,具有典型的穿晶开裂特征。采用逐行交替扫描策略成形的TC4钛合金,其组织为网篮状马氏体组织。SLM成形过程中高温度梯度导致制件内部存在较高的残余应力,抗裂强度较差的马氏体组织在残余应力的作用下而产生裂纹,粗大的裂纹最终分解为较小的裂纹而终止扩展。进一步分析认为,通过调整成形工艺参数,可以改变制件组织,同时削弱残余应力,从而达到减弱或消除裂纹的目的。     

激光选区熔化Hastelloy-X合金的显微组织与拉伸性能

采用激光选区熔化技术制备了Hastelloy-X合金(沉积态),并依次进行了热等静压和热处理,研究了不同处理后合金的显微组织和室温拉伸性能。结果表明:当线能量为98J·m~(-1)时,沉积态Hastelloy-X合金组织中存在气孔、未熔粉等缺陷和熔池界、枝晶等亚结构,随着线能量的增大,合金的相对密度提高,缺陷数量减少;经热等静压处理后,组织由等轴晶和网状碳化物组成,经热等静压+热处理后,部分网状碳化物溶解并呈弥散分布,晶内析出细小的第二相;沉积态合金的断裂方式为脆性断裂,经热等静压处理后,合金的塑性提高,断口呈二次裂纹+韧窝的混合型形貌,经热等静压+热处理后,合金的塑性进一步提高,室温拉伸性能优于锻件的标准指标,断口呈以破裂碳化物为韧窝中心的韧性断裂形貌。     

选区激光熔化成形316L不锈钢零件中的缺陷及形成机理研究进展

选区激光熔化(SLM)是目前应用最广泛的金属增材制造技术之一。SLM成形零件中不可避免会产生许多缺陷，包括孔隙、表层粉末球化、裂纹等；缺陷的形成不仅会影响成形过程的顺利进行，也会破坏零件内部完整性，降低零件的服役性能。对SLM成形316L不锈钢零件中孔隙、表层粉末球化、裂纹3种缺陷的主要特征进行了综述，对这3种缺陷的形成机理和影响因素进行了总结，提出了控制缺陷的主要措施，最后给出了今后的研究方向。     

选区激光熔化成形碳纳米管增强铝基复合材料成形机制及力学性能研究

铸造铝合金具有优良的铸造焊接性能等优点,但是低硬度和较差的耐磨性能限制了其应用的范围,成形铝基复合材料构件是一种有效途径。采用选区激光熔化(Selectivelasermelting,SLM)增材制造技术成形碳纳米管增强铝基纳米复合材料(CNT/Al)构件,通过设置不同的激光参数,研究不同激光能量密度(η)下试样的致密化行为、物相和显微组织及其力学性能。研究表明:随着η从150J/m增加至187.5J/m,致密度从94.49%上升至99.83%。高能量密度增大了熔池的尺寸和温度,导致液相的黏度下降和润湿性能提高,使得液相均匀铺展,熔池间搭接程度上升以及孔洞等冶金缺陷减少,致密化程度上升。成形试样的主要物相为Al9Si和Si,碳纳米管(CNTs)外壁与基体发生原位反应生成了Al_4C_3,提高了界面稳定性。成形试样的硬度和耐磨性能与致密度变化表现为正相关。当η=187.5 J/m时,成形试样的平均显微硬度为164.3 HV_(0.2),摩擦因数下降至0.21,强度和延伸率分别为452 MPa和9.0%,表现出优良的力学性能。