高Mg含量Al-Mg-Sc-Zr合金选区激光熔化成形性及力学性能

基于宽粒径分布粉末(2~46μm),应用选区激光熔化(SLM)技术制备了高Mg含量Al-14.4Mg-0.33Sc-0.19Zr铝合金。系统研究了不同工艺参数和时效处理条件对合金SLM成形性、组织和力学性能的影响。结果表明,高激光功率可有效降低细粉飞溅对样品成形性的干扰,SLM成形样品的最大相对密度为98.6%。样品显微组织由熔池边界细小等轴晶和熔池内部粗大晶粒构成,Mg含量的增加降低了样品织构和柱状晶的含量。经不同温度时效处理后,SLM成形样品的硬度先增加后降低,在350℃时具有最大值。SLM成形样品在350℃时效处理时,硬度和压缩屈服强度均随时效时间的增加出现双峰值现象,时效1 h后样品的硬度(HV)和屈服强度均达到最大值,分别为(1670±30) MPa和(457±10)MPa,延伸率为(27±3)%。样品经350℃长时间时效处理后,由于第二相粒子的粗化,导致样品的硬度和强度有所降低。本研究通过保留铝合金粉末的细粉区,有效提升了粉末的利用率,降低了原料成本,获得了成形性和力学性能较优的高Mg含量SLM成形Al-Mg-Sc-Zr铝合金。     

选区激光熔化Al-Mg-Sc-Zr合金成形性及力学性能研究

通过选区激光熔化(SLM)技术制备Al-Mg-Sc-Zr铝合金,系统研究了不同工艺参数对铝合金粉末成形性以及不同时效处理条件对SLM成形样品组织和力学性能的影响。结果表明,在高激光功率和低激光扫描速度下,SLM成形样品的致密度较高。沿样品沉积方向可观察到熔池层层堆叠的显微组织,熔池边界和熔池内部均存在细小纳米颗粒。经不同温度时效处理后,样品的硬度和压缩屈服强度先增加后降低。SLM成形样品经400℃时效处理3 h后屈服强度达到最大值469±4 MPa。     

选区激光熔化Zr改性Al-Si-Mg合金组织和力学性能

针对选区激光熔化（SLM）高Mg含量AlSiMg3合金成形性差的缺点,通过Zr进行合金化,研究了工艺参数对SLM成形高Mg含量Al-Si-Mg-Zr合金的成形性及时效处理对合金组织和力学性能的影响。结果表明,SLM成形Al-Si-Mg-Zr合金的熔池边界处形成了大量的细小等轴晶,从而有效地避免了样品在成形过程中裂纹的产生,增加了样品的SLM成形性,不同激光功率和激光扫描速度下获得样品的孔隙率均低于0.3%。拉伸测试结果表明,成形态样品的屈服强度（YS）为(426±8) MPa,极限抗拉强度（UTS）为(464±12) MPa。经165℃时效处理后,由于α-Al晶粒内部纳米强化相的增多,样品的强度增加明显,时效样品的最大YS和UTS分别为(482±11)MPa和(522±10)MPa。本研究获得SLM成形Al-Si-Mg-Zr样品的强度高于目前商用的SLM成形Al-Si-Mg合金。     

选区激光熔化专用AlSiMg合金成分设计及力学性能

应用"团簇+连接原子"模型,基于合金液-固局域结构相容性和金属选区激光熔化(SLM)工艺熔体急冷的技术特性,设计高Mg含量SLM专用AlSiMg1.5合金新成分,系统研究时效温度和时间对SLM成形AlSiMg1.5合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,通过调整工艺参数,可获得近乎全致密的SLM成形样品。当时效温度为300℃时,随着时效时间的延长,SLM成形样品岛状富Al组织中过固溶Si逐渐析出长大,网格状富Si组织逐渐分解球化,样品的硬度和压缩屈服强度逐渐降低,塑性明显增加。当时效温度为150℃时,不同时效时间下SLM成形样品的显微组织没有发生明显变化,但硬度和屈服强度随时效时间的延长先增大后略有降低。SLM成形AlSiMg1.5样品经150℃时效处理后的最大显微硬度和压缩屈服强度分别为(169±1) HV和(453±4) MPa,样品延伸率超过25%。本工作设计获得了成形性和力学性能优异的SLM专用铝合金新成分Al91.0Si7.5Mg1.5(质量分数,%)。     

选区激光熔化成形AlSiMg3合金

基于选区激光熔化（SLM）技术熔体快速冷却的特点,通过提高Al-Si-Mg合金中Mg的含量,设计获得SLM技术专用AlSiMg3合金。系统研究了不同工艺参数和时效处理条件对SLM成形AlSiMg3合金组织和硬度的影响。结果表明,SLM成形样品均由α-Al、Si和Mg2Si相构成。高激光能量密度有利于增加粉末样品的成形性,当激光功率为160 W,扫描速度为200 mm/s时,样品具有最低孔隙率0.07%。随着激光扫描速度的增加,样品中富Si组织的比例逐渐升高,Mg元素在α-Al中固溶量逐渐增大,使得SLM成形样品的硬度逐渐升高,最大值为194±3 HV。样品经150 ℃时效处理后,由于α-Al内部纳米颗粒的析出,导致样品硬度增大,最大值为210±2 HV,远高于现有报道的SLM成形Al-Si和Al-Si-Mg铝合金。本研究报道了成形性和力学性能优异的SLM专用Al-Si-Mg合金。     

SLM成形WC/Al基复合材料的显微组织与力学性能

采用物理方法混合纳米WC与AlSi10Mg铝合金粉末,利用选区激光熔化成形技术(SLM)制备WC/Al基复合材料试样。通过金相显微镜、扫描电镜、拉伸试验等对比同种工艺制备的AlSi10Mg试样及WC/Al基复合材料试样的性能,分析纳米WC对其微观组织形成、演变及力学性能的影响。结果发现,复合粉末球形度好,粒度分布均匀。WC/Al基复合材料试样硬度(HV)约为158.9,屈服强度达到337.8 MPa,抗拉强度高达514.0 MPa,相比沉积态试样分别增加了14.6%、4.7%、6.3%。     

选区激光熔化成形12CrNi2合金钢的显微组织和力学性能

利用选区激光熔化(SLM)技术制备了12CrNi2合金钢. 借助金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微硬度仪、室温拉伸试验等方法研究了激光能量密度对合金钢显微组织和力学性能的影响. 结果表明,成形合金钢的宏观组织可分为熔池区与热影响区两部分,微观组织为回火马氏体和少量残余奥氏体. 随激光能量密度(E_V)增加,成形合金钢的孔洞缺陷逐渐减少,致密度逐渐增加,最高可达到99.87%;同时,熔池体积增大,寿命增加,冷却速度降低,导致回火马氏体板条宽化,热影响区变宽,合金钢的显微硬度和强度降低,塑性增加. 在E_V为81.34 J/mm3条件下,SLM成形12CrNi2合金钢具有最优强塑性,抗拉强度和屈服强度分别为1098和882 MPa,断后伸长率为20.07%. 采用SLM技术成形12CrNi2合金钢可获得比激光熔化沉积(LMD)和铸造成形更佳的综合力学性能.     

激光选区熔化成形K4202镍基铸造高温合金的组织和性能

针对激光选区熔化(selective laser melting,SLM)制造K4202合金复杂金属零件在航空航天等领域的应用需求,以K4202合金粉末为材料,研究了该合金的SLM成形工艺、成形态和热处理后的显微组织和力学性能.结果表明,K4202合金SLM成形试样显微组织由树枝晶和等轴晶构成,树枝晶生长方向多与熔池边界近似垂直.固溶+时效处理后,由于再结晶的发生,SLM成形所形成的树枝晶结构完全消失,同时晶界和晶内有金属碳化物析出.时效处理后的组织与SLM成形态相比,变化并不明显,其树枝晶结构保存较完整,晶界处同样有碳化物析出.SLM成形试样的拉伸性能优于传统铸造方法,通过固溶+时效处理和时效处理,试样的屈服强度、抗拉强度均提升显著,但塑性下降明显,其中时效处理后的拉伸强度最高.     

选区激光熔化成形ZL205A合金工艺及性能研究

利用选区激光熔化(SLM)技术制备了ZL205A合金,研究了激光能量密度对SLM成形试样显微组织和力学性能的影响。结果表明,ZL205A合金粉末SLM成形试样中微观组织分为3个区域:细晶区、热影响区(HAZ)和粗晶区。在一定的范围内,随着能量密度增大,ZL205A合金粉末SLM成形试样的抗拉强度和屈服强度都先增加后减小。当能量密度为104.20J/mm3时,SLM成形ZL205A合金试样的抗拉强度、屈服强度达到最大,分别为289、230MPa,此时伸长率为4.2%。     

激光选区熔化AlSi10Mg工艺优化及显微组织研究

利用激光选区熔化成形技术(selective laser melting, SLM)对AlSi10Mg的成形进行了工艺研究,对不同激光工艺参数的材料致密化行为及显微组织特征进行了研究,分析了熔池底部气孔形成机理,对成形态和热处理态试样进行力学性能测试。结果表明:激光能量密度过高或过低均不能得到最佳致密度,当激光功率350 W,激光扫描速度1 800 mm/s时,致密度达99.9%。选用最佳工艺参数下成形态试样的抗拉强度达473 MPa,屈服强度达289 MPa,远优于铸件标准。在270℃保温2 h退火制度下,过饱和固溶在α-Al中的Si元素析出,固溶强化的作用减弱,晶粒粗化,抗拉强度及屈服强度均下降。伸长率和断面收缩率分别提高了14.5%和50.7%。     

Microstructure and Mechanical Properties of TiC-Reinforced Al-Mg-Sc-Zr Composites Additively Manufactured by Laser Direct Energy Deposition

In order to refine the microstructure and improve the performance of direct energy deposited (DED) additively manufactured Al-Mg-Sc-Zr alloy, TiC-modified Al-Mg-Sc-Zr composites were prepared by DED and the effect of TiC content on the microstructure and performance was studied. In the absence of TiC particle, the microstructure of Al-Mg-Sc-Zr alloy prepared by DED consisted of fine grains with average size of 8.36 μm, and well-dispersed nano-Al₃(Sc,Zr) particles inside the grains and Mg₂Si phase along the grain boundaries. With the addition of 1 wt% TiC, the microstructure of TiC/Al-Mg-Sc-Zr prepared by DED became finer apparently compared with that without TiC; while the further increase of TiC content to 3 wt%, the microstructure of TiC/Al-Mg-Sc-Zr prepared by DED became coarser with appearance of a new kind of needle-like (Ti,Zr)₅Si₃ phase. Also, the addition of TiC decreased the porosity of Al-Mg-Sc-Zr prepared by DED. Simultaneously, after the addition of TiC, the tensile strength increased from 283.25 MPa to 344.98-361.51 MPa, and the elongation increased from 3.61% to 9.58-14.10%. The potential mechanism of the microstructure evolution and strength improvement was discussed. This research will provide new insights into the available metal matrix composites by laser additive manufacturing (LAM).     

预时效处理对 Al-Zn-Mg-Cu 合金硬化响应及微观组织的影响

研究了预时效处理对Al-Zn-Mg-Cu铝合金薄板力学性能和微观组织的影响,测试了显微硬度和力学性能,表征了TEM微观精细组织。结果表明:固溶处理后在180 ℃立即进行人工时效处理,可获得Al-Zn-Mg-Cu合金的显著时效硬化效果,且在8 h后达到峰值硬度195 HV0.5,与基体呈共格关系的η′相为主要强化相;120 ℃×10 min为最佳的预时效处理制度,经14天的室温停滞后,相比于固溶+自然时效态,硬度降低了13 HV0.5,降幅达到10.7%,具有明显的抑制自然时效作用;预时效+自然时效态试样,经烘烤硬化处理后,屈服强度和抗拉强度分别达到了465和545 MPa,强度增量分别达到170和95 MPa,同时伸长率达到12.5%。     

时效工艺对纳米结构2297铝锂合金力学性能与微观组织的影响

采用535 ℃×2 h固溶制度,将热锻态2297铝锂合金固溶水淬后冷轧,冷轧压下量为95%,然后将轧制样品在不同温度(120~190 ℃)和时间(0~80 h)范围内进行时效处理。采用拉伸、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等测试方法,分析时效温度和时间对铝锂合金组织与性能的影响。结果表明:时效前的大塑性变形能获得纳米结构组织,能促进T₁相均匀细小地析出,缩短合金达到峰时效的时间,最终成功制备了高强高塑性铝锂合金。在120~140 ℃温区内时效时,时效温度越高,达到峰时效的时间越短、强度越高。140 ℃达到峰时效时间缩短为40 h,此时合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为525 MPa、478 MPa和7.7%,主要强化相为细小的T₁相。在170~190 ℃温区内时效时,时效温度越高,达到峰时效的时间越短,但抗拉强度与屈服强度迅速下降。170 ℃时效8 h达到峰时效状态,此时合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别是503 MPa、462 MPa和5.0%,主要强化相仍为T₁相,但已经明显粗化。     

粉末冶金FeCoNiCu0.4Al0.4高熵合金的热处理组织与性能

采用机械合金化(MA)与放电等离子烧结(SPS)相结合的方法制备出FeCoNiCu0.4Al0.4高熵合金,研究不同热处理温度对合金显微组织与力学性能的影响规律。结果表明:机械合金化后,FeCoNiCu0.4Al0.4高熵合金形成了单相的FCC固溶体,经1100℃SPS烧结后的块体组织仍为单相FCC结构,其压缩屈服强度、塑性应变和显微硬度分别为1165.1 MPa、45.2%和356.9 HV。经过热处理后,合金组织中生成了新的BCC相,且BCC相的含量随热处理温度的升高先增多后减少,500、600和700℃热处理后BCC相的含量分别为7%、30%和21%(体积分数)。退火态FeCoNiCu0.4Al0.4高熵合金的屈服强度随热处理温度的升高先升高后降低。当BCC相含量增多时,材料的屈服强度和硬度相应地提高,而塑性却显著降低。     

挤压温度对AZ91D合金组织性能的影响

为提高AZ91D镁合金的综合性能,对其进行热挤压变形。分别采用300、330、360、390、420℃五个挤压温度,挤压比为45,在6300kN快速成形油压机上进行正挤压,并对挤压试样进行拉伸测试和金相观察。结果表明,热挤压变形过程发生动态再结晶,晶粒细化并均匀化,有效提高了合金综合性能。并且随温度升高,抗拉强度和屈服强度都有升高趋势,但是自390℃之后,虽然再结晶彻底,但晶粒逐渐长大,所以屈服强度继续增大而抗拉强度降低。390℃下挤压,其抗拉强度可达390MPa,屈服强度达288MPa,伸长率达11%,为较好的工艺方案。     

Influence of extrusion temperature on microstructure and mechanical properties of Mg-4Y-4Sm-0.5Zr alloy

The solution-treated Mg-4Y-4Sm-0.5Zr alloy was extruded at temperatures from 325℃ to 500℃.Dynamic recrystallization(DRX) completely occurs when the alloy is extruded at 350℃and above.The grains of the extruded alloy are obviously refined by the occurrence of DRX.The average grain size of the extruded alloy increases with increasing the extrusion temperature,leading to a slight decrease of the ultimate tensile strength(UTS) and the yield strength(YS) .On the contrary,the UTS and YS of the extruded and aged alloy increase with increasing the extrusion temperature.Values of UTS of 400 MPa,YS larger than 300 MPa and elongation(EL) of 7%are achieved after extrusion at 400℃ and ageing at 200℃ for 16 h.Both grain refinement and precipitation are efficient strengthening mechanisms for the Mg-4Y-4Sm-0.5Zr alloy.     

热处理工艺对激光熔化沉积制造JBK-75合金组织及性能的影响

采用激光熔化沉积技术制备JBK-75合金,选取750℃直接时效和1180℃高温固溶+750℃时效两种不同热处理工艺路线,分析了其沉积态的显微结构,对比两种不同热处理态的组织和力学性能。结果表明,沉积态JBK-75合金组织表现为各向异性,存在柱状晶、胞状组织和Ti元素偏聚。直接时效处理JBK-75合金打印组织未发生溶解,打印组织对强化相(γ′相)的析出行为几乎没有影响,但是Ti元素的偏聚促进了晶界有害相(η相)的生成。高温固溶+时效处理JBK-75合金打印组织消失,获得细小均匀的γ晶粒且在晶界未发现η相。高温固溶+时效处理激光熔化沉积JBK-75合金表现出最佳的强塑性配比,抗拉强度为1055 MPa、屈服强度为679 MPa、断后伸长率为29%,达到锻件JBK-75合金热处理态力学性能水平。     

Al2O3/TiB2/Al复合材料的微观结构和高温力学性能

以细雾化铝粉和TiB₂颗粒为原料,通过粉末冶金和热轧制制备微米TiB₂和纳米Al₂O₃颗粒增强铝基复合材料。室温时,由于TiB₂和Al₂O₃的综合强化作用,Al₂O₃/TiB₂/Al复合材料的屈服强度和抗拉强度分别为258.7 MPa和279.3 MPa,测试温度升至350℃时,TiB₂颗粒的增强效果显著减弱,原位纳米Al₂O₃颗粒与位错的交互作用使得复合材料的屈服强度和抗拉强度达到98.2MPa和122.5 MPa。经350℃退火1000 h后,由于纳米Al₂O₃对晶界的钉扎作用抑制晶粒长大,强度和硬度未发生显著的降低。     

Manufacturing a TiAl alloy by high-energy ball milling and subsequent reactive sintering

A TiAl alloy was fabricated by high-energy ball milling and subsequent reactive sintering from the mixed powders of Ti and Al. High-energy ball milling produced a kind of particular composite powders with an extremely fine altemative Ti and Al lamella structure. The composite powders not only possessed good consolidation and densification characteristics, but also resulted in the augment of nucleation rate of α and γ titanium aluminides during solid-phase reactive sintering After a series of processing, pressing, degassing, extrusion, and sintering, the resultant TiAl alloy presented high relative density and refined grain sizes of （α2 ＋ γ） lamella and γ phases. The compressive yield strength of the sintered TiAl reached 600 MPa at 800℃.