镍基高温合金增材制造研究进展EICSCD

镍基高温合金因其优异的高温强度及耐腐蚀、抗氧化性能而备受关注,被广泛应用于航空航天等领域。本文对增材制造镍基高温合金的制备方法、常见牌号以及合金的组织与性能进行了综述,总结了当前存在的问题,提出了未来值得探索的研究领域。金属增材制造技术制备的镍基高温合金具有良好性能,能实现复杂构件精密成形,且制备过程中材料浪费少,有望成为未来航空航天等领域中镍基高温合金构件的重要制备工艺。常见的镍基高温合金增材制造方法有粉末床熔化、定向能量沉积和电弧增材制造等,粉末床熔化被广泛用于制造高精度和复杂零件,但制造速度相对较慢,且设备和材料成本较高。定向能量沉积自由度和灵活性更高,可用于制备功能性梯度材料,但精度较低。电弧增材制造具有较低的设备成本和材料成本,适用于大型零件的快速制造,但其制备的合金表面粗糙度较差,需要进行额外的加工或后处理。在增材制造过程中被广泛研究的镍基高温合金包含IN625,Hastelloy X等固溶强化型和IN718,CM247LC,IN738LC等沉淀强化型高温合金。与传统的铸造和锻造方法相比,增材制造独特的逐层成型、快冷快热的制备过程带来了粗大的柱状晶粒组织和大量细小晶粒的独特微观组织,还形成了独特的熔池组织及位错胞结构。但是,通过增材制造得到的合金一般还需要进行热处理,对晶粒组织、析出相等进行调控,从而影响合金的力学性能。此外,增材制造镍基高温合金的力学性能还与具体制备方法和合金种类有关。尽管目前增材制造已被广泛用于镍基高温合金的制备,但仍面临组织与性能存在各向异性、高性能合金开裂敏感性高以及缺乏相应的规范和标准等问题,将来需要在热处理、专用合金的定制与开发、探索工艺-结构-功能关系以及计算建模等方面深入探索。     

增材制造镍基高温合金研究进展

镍基高温合金具有强度高、抗氧化能力好、蠕变强度和持久强度好以及抗燃气腐蚀能力的特点,被广泛应用于航空航天、汽车通讯、船舶制造等领域.近年来,增材制造技术的进步加速了增材制造镍基高温合金的发展.激光增材制造对于镍基高温合金的制备具有独特的优势,如生产周期短、成本低以及可进行功能预设等.对于航空发动机及燃气机轮中喷嘴、燃烧室等热段部件以及航天飞行器等复杂零件的成形制造非常有利.目前,相关方面的研究热点主要有激光增材制造过程中凝固组织的变化规律、工艺参数与熔池宏观形态间的关系、残余应力的分析以及缺陷的探究.本文综述了增材制造技术制备镍基高温合金的研究进展,简要概括了增材制造技术和镍基高温合金的发展概况,总结了用增材制造技术制备的镍基高温合金成形件的显微组织、后处理后组织的变化及其对力学性能的影响,最后阐述了增材制造镍基高温合金成形件存在的缺陷及解决方法.     

镍基高温合金增材制造研究进展

镍基高温合金因其优异的高温强度及耐腐蚀、抗氧化性能而备受关注,被广泛应用于航空航天等领域。本文对增材制造镍基高温合金的制备方法、常见牌号以及合金的组织与性能进行了综述,总结了当前存在的问题,提出了未来值得探索的研究领域。金属增材制造技术制备的镍基高温合金具有良好性能,能实现复杂构件精密成形,且制备过程中材料浪费少,有望成为未来航空航天等领域中镍基高温合金构件的重要制备工艺。常见的镍基高温合金增材制造方法有粉末床熔化、定向能量沉积和电弧增材制造等,粉末床熔化被广泛用于制造高精度和复杂零件,但制造速度相对较慢,且设备和材料成本较高。定向能量沉积自由度和灵活性更高,可用于制备功能性梯度材料,但精度较低。电弧增材制造具有较低的设备成本和材料成本,适用于大型零件的快速制造,但其制备的合金表面粗糙度较差,需要进行额外的加工或后处理。在增材制造过程中被广泛研究的镍基高温合金包含IN625,Hastelloy X等固溶强化型和IN718,CM247LC,IN738LC等沉淀强化型高温合金。与传统的铸造和锻造方法相比,增材制造独特的逐层成型、快冷快热的制备过程带来了粗大的柱状晶粒组织和大量细小晶粒的独特...     

SLM成形镍基高温合金及其数值模拟的研究进展

镍基高温合金在高温高压条件下具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力,广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机最热端部件。首先介绍了用选区激光熔化成形技术(SLM)3D打印镍基高温合金零件及其数值模拟的国内外研究现状,然后介绍了SLM技术成形的镍基高温合金的力学性能和微观组织结构以及后处理对其微观组织及性能的影响。其次介绍了通过有限元对增材制造过程的模拟,以及其对工艺过程指导意义。最后进一步介绍了SLM成形镍基高温合金领域的研究热点以及数值模拟在这一领域的应用。     

增材制造技术在高温合金零部件成形中的应用

高温合金是指能够在600℃以上复杂应力状态下长期服役的金属材料,被广泛应用于航空航天以及核工业等领域.近年来,增材制造技术发展迅速,并且已经在高温合金零部件成形制造领域进行了大量应用探索.首先分别介绍了基于送粉和送丝的两种典型增材制造技术,以及利用以上两种技术成形得到的高温合金零部件微观组织形貌特征.由增材制造得到的高温合金零部件的微观组织以细长柱状晶为主,并且根据增材制造工艺的不同,微观组织中还会出现胞状晶和等轴晶;其次,由于增材制造技术具有快速冷却凝固的工艺特征,在一定程度上避免了宏观偏析现象的产生,但微观偏析等典型组织缺陷难以避免.需要经过后续热处理等工艺进一步消除,其中均质化+固溶+时效处理是最为常用且有效的热处理方法之一.最后,总结了增材制造技术在高温合金零部件成形中的特点,为进一步研究提供了建议和参考.     

镍基高温合金CM247LC增材制造研究进展

航空航天领域的热端部件逐渐呈现结构复杂化和高耐热高承载的发展趋势,高温合金增材制造已成为高耐热承载复杂结构部件成形制造的重要技术方案。主要介绍了增材制造CM247LC合金微观组织特点,并对冶金缺陷形成机理与消除方法进行了综述。已有研究表明,增材制造CM247LC合金具有精细的晶粒尺寸,表现出强烈的<001>织构,增材制造CM247LC合金的胞界处存在尺寸约50 nm的颗粒状γ''相,并且胞界处存在Ti、Hf、Ta、W、C等元素明显富集的碳化物。裂纹是CM247LC合金在增材制造过程中最难以解决的冶金缺陷,仅通过优化工艺参数难以真正解决裂纹缺陷,合理优化成分有望实现裂纹消除,但优化了成分的合金在增材制造后的全面性能有待进一步评估。     

钴基高温合金增材制造研究现状及展望

钴基高温合金是一种在高温下具有高强度、良好的耐热、耐磨和耐腐蚀性能的材料,被广泛用于航空航天等领域。钴基高温合金增材制造技术具有材料利用率高、制造周期短和能够制造较为复杂零件等优点,相对于传统制造技术有巨大的优势,受到了社会的广泛关注。对钴基高温合金的合金化原理进行了阐述,总结了国内外钴基高温合金增材制造所使用的不同工艺方法,重点对钴基激光增材制造技术、钴基电子束激光增材制造技术进行了分析,综述了各种方法的研究现状和最新成果。评价了钴基高温合金增材制造技术在材料利用率、内部缺陷、成形精度、相关标准化方面的不足,并对钴基高温合金增材制造技术发展方向提出了预测。     

激光增材制造单晶高温合金研究进展

镍基单晶高温合金具有良好的高温强度、抗氧化和抗腐蚀性能、抗蠕变性能和组织稳定性,被广泛应用于制造航空发动机和燃气轮机叶片。由于其工作条件复杂恶劣,采用有效手段修复单晶叶片可以大大提高其使用寿命。综述了激光增材制造技术制备单晶高温合金的研究现状,介绍了激光增材制造技术制备单晶合金的理论基础,以及控制其单晶凝固组织的困难和不足,着重综述了激光增材制造技术控制单晶高温合金凝固制造的方法,主要包括通过激光参数调控温度梯度及凝固速率,以及通过基体晶体取向控制晶粒外延生长。最后,展望了该领域未来的主要研究方向和发展前景。     

铜及其合金表面涂层技术与增材制造技术研究进展

铜及其合金具有优良的耐腐蚀、导电导热性能及机械加工性能,广泛应用于电气、轻工、机械制造等领域.随着生产条件的不断优化,为同时满足不同的应用需求,人们期望获得综合性能更加优良或某一性能特别突出的零部件,但传统制造加工方法工艺复杂,且生产过程中材料利用率较低,存在很大的局限性.为实现零件表面合金化,改善零件表面性能缺陷,表面涂层技术被开发并广泛应用;为实现复杂结构零件的成形,人们开发了增材制造技术.铜合金增材制造技术通过逐层累积的方法,可以高效快速地制造出各类精密零部件,不仅使合金材料利用率高,还能够满足各种结构复杂零部件的成形需求,是当下铜合金应用的研究热点.近年来,国内外研究人员利用铜合金涂层改善零件表面性能的主要技术有沉积、热喷涂、冷喷涂等,对铜合金增材制造技术的研究主要集中在激光增材制造技术,从工艺优化到组织性能分析,都对未来的研究提供了很大的理论依据,但对电子束增材、电弧增材等其他增材制造技术的关注比较少,对于铜合金增材制造过程中成分均匀化的热处理工艺及增材后具备优良的导电、导热、致密度等问题有待进一步研究.本文归纳了铜合金表面涂层以及增材制造技术的工艺原理及研究现状,通过对比各类不同增材制造方法,分析了各增材制造技术工艺参数对成形件微观组织及力学性能的影响,对各技术所获得成形件的优缺点进行总结,并对未来铜合金增材制造重点关注方向进行展望,为制备性能更优良的铜合金成形件以及工艺应用奠定了基础.     

INCONEL 718(GH4169)高温合金的发展与工艺

INCONEL 718合金(IN718)自从20世纪60年代初在美国的INCO Huntington Alloys(现为Special Metals Co.)被发明并应用于涡轮零部件制造后,已成为航空发动机历史上应用最为广泛的镍基高温合金材料。现代飞机发动机上超过30%(质量分数)的关键零部件由718合金制成。本文回顾了718合金在航空发动机上的应用历史,对该合金的基本力学性能、高温稳定性,以及目前国外应用的铸、锻制造工艺现状做了综述。对国外正在研究的新型IN718衍生替代合金的发展现状进行了介绍。     

镍基合金的热变形行为及智能热加工技术研究进展

镍基合金具有优异的高温强度,良好的抗疲劳、抗氧化和抗腐蚀性能,是目前航空航天领域内应用最为广泛的金属材料之一,已成为航空发动机热端部件不可替代的关键材料.镍基合金的高温变形抗力大、成形温度范围窄、微观组织演变复杂,给镍基合金零件的成形制造带来了巨大挑战.综述了近年来镍基合金的高温流变规律及建模、微观组织演变规律与建模、热加工工艺优化、热处理调优等方面的研究进展,讨论了镍基合金零件的智能加工技术发展现状,并展望了镍基合金及其零部件成形技术的发展趋势.获得如下重要结论:镍基合金的高温流变行为表征模型主要有唯象学本构模型、基于物理机制的本构模型和智能本构模型;镍基合金在塑性变形过程中的微观组织演变主要包括动态再结晶、亚动态再结晶、静态再结晶和晶粒长大行为;通过优化的锻后热处理工艺,可以减小组织的混晶程度;在镍基合金高温流变行为的本构描述与微观组织预测建模方面,还需深度挖掘成形工艺-微观组织-性能之间的映射规律,为镍基合金零件的高温成形工艺优化提供理论依据.     

光丝同轴激光增材制造研究进展

增材制造作为实现三维结构快速成形的技术,广泛用于航空航天、汽车交通等领域.当前,激光熔丝增材制造多依托于传统的激光焊接设备,采用旁轴送丝方式,在增材过程中,需调整激光头方向保证送丝和焊接头行进的相对方位,增大了复杂构件增材制造系统控制难度,损失了加工自由度.随着激光加工设备和技术的发展,近年来出现了一种可以解决上述问题...     

热等静压技术在镍基铸造高温合金领域的应用研究

镍基铸造高温合金是航空发动机与燃气轮机生产制造过程中应用的主要材料之一,在航空航天、能源工业、船舶舰艇等领域有着广泛的应用。现代航空工业的飞速发展离不开高温合金综合性能的快速提升,而热等静压技术在镍基铸造高温合金领域的应用对镍基铸造高温合金综合性能的改进方面发挥了举足轻重的作用。本文介绍了热等静压技术的工作原理与应用发展历史,总结了热等静压技术在镍基铸造高温合金领域的研究应用现状,重点阐述了热等静压技术对铸造高温合金的致密化作用机理与组织性能影响、热等静压对长期服役镍基铸造高温合金组织修复研究以及实现两种镍基高温合金扩散连接的应用优势与研究成果。同时指出热等静压技术研究中存在的一些问题及国内热等静压技术在镍基铸造高温合金领域的发展趋势。     

镍基高温合金690的研究现状

690合金是一种面心立方结构的镍基高温合金,具有优异的高温力学性能和耐腐蚀性能,被广泛应用于核电、石油化工和航空航天等领域.文中对690合金的微观组织演化、热成形特性、高温失塑裂纹和耐应力腐蚀性能等方面的研究现状进行了总结分析.目前,部分合金元素对690合金组织性能的影响较为复杂,成形工艺参数对690合金高温变形行为和微观组织演化行为的影响规律尚未探明,690合金高温失塑裂纹和应力腐蚀裂纹缺陷的形成机理尚未掌握.建议后续690合金的研究重点应集中在确定合金元素的含量范围,复杂零部件热成形工艺全流程精确建模以及探究高温失塑裂纹和应力腐蚀开裂形成机制等方面.     

TiAl合金精密成形技术发展现状及展望

TiAl合金是一种优异的轻质耐高温结构材料,在航空、航天、汽车、兵器等热端部件制造领域具有广阔的应用和发展前景,但其较低的室温塑性、韧性和较差的冷/热加工性能,限制了其工程化的进程.为挖掘TiAl合金的应用潜力,国内外研究机构和企业从材料设计、组织性能调控到成形工艺等方面开展了卓有成效的研究.总结了近年来国内外在TiA...     

激光技术在材料加工领域的应用与发展

激光因其具有方向性强、能量密度高、时间和空间控制性好等特点,在航天航空、汽车制造、电子电器和生物医疗等领域获得广泛应用,尤其在材料加工领域。简要介绍了激光加工技术的原理及优势,主要从组织性能研究、工艺开发与优化、数值模拟等方向综述了激光技术在切割、焊接、增材制造和表面改性4个加工领域的研究进展和应用现状,表明超短超快激光技术的发展进一步促进了激光技术在材料加工领域的纵深应用,并对激光技术未来发展进行展望。     

金属多材料增材制造研究现状与展望

当代社会对产品的功能及性能的要求越来越高,苛刻的使役条件要求零件具有功能耦合、多环境适应的能力.金属多材料增材制造技术相比传统制造技术具备更大的优势,在航空航天、汽车工业、电力行业、生物医学等领域中均具有广阔的应用前景.研究了电子束增材制造、电弧增材制造和冷喷涂增材制造在金属多材料增材制造中的应用现状以及最新发展.重点研究了金属多材料增材制造技术在宏观成形精度、微观组织缺陷和粒子界面结合中存在的关键问题.最后,指出了金属多材料增材制造技术在材料种类、基础理论、零件复杂度、质量控制等方面的发展趋势.将为金属多材料应用于增材制造技术提供新的思路和借鉴价值.     

镍基合金完全再结晶后的晶粒长大行为研究

目的 研究镍基合金完全再结晶后的晶粒长大行为.方法 首先通过两道次热压缩实验获得镍合金完全再结晶组织,然后对完全再结晶的组织进行退火热处理使晶粒长大.采用电子背散射衍射实验研究发生长大的晶粒组织形貌与尺寸变化规律.结果 完全再结晶后的退火工艺参数对平均晶粒尺寸有显著影响.完全再结晶后的晶粒能够在较高的退火温度和较长的退火时间下快速长大.基于实验结果,建立了能够准确描述镍基合金完全再结晶后晶粒长大行为的动力学模型.结论 为了有效抑制完全再结晶后的晶粒长大行为,退火温度不宜升高,退火时间不宜过长.晶粒尺寸的调控工艺参数可以参考所建立的晶粒长大模型来选择.