5CrNi4Mo模具钢选区激光熔化增材制造组织演变及力学性能研究

利用选区激光熔化(SLM)增材制造技术成功制备了5Cr Ni4Mo模具钢试件,研究了激光成形5Cr Ni4Mo模具钢的相变过程及其机制,分析了激光线能量密度η(激光功率与扫描速度之比)对SLM成形件致密度、显微组织和力学性能的影响规律。研究表明:过高的η(387.5 J/m)引起球化效应,使得成形件内部含有残留孔隙,成形致密度降低;过低的η(155.0 J/m)导致熔体润湿性较低,成形致密度较差。将η优化为258.3 J/m时,成形试件加工缺陷减少,成形致密度提升到98.12%。激光加工的快速冷却作用易导致马氏体相变;原始粉末中的Mn、Ni、Cr等合金元素可以增加过冷奥氏体的稳定性,降低马氏体临界冷却速度,从而确保了马氏体转变的顺利进行;随着η的降低,马氏体组织发生明显的细化。当η=193.8 J/m,成形试件具有较高的显微硬度(689.5 HV0.2)、较低的摩擦系数(0.44)和磨损率[2.3×10~(-5)mm~3/(N·m)]。     

激光选区熔化成形TiB_2增强S136模具钢

利用激光选区熔化(SLM)工艺成形TiB2/S136复合材料,研究了激光体能量密度η对SLM成形试样致密度、微观组织及力学性能的影响。采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、透射电镜等研究成形试样物相成分、表面形貌及微观组织。结果表明:当η过低时,粉末熔化不完全,形成大量残余孔隙;而当η过高时,受热应力影响,成形试样存在微裂纹。当η=66.7J/mm3时,成形试样表面缺陷少,致密度高达97.3%,存在细化的、分布均匀的等轴晶,其平均显微硬度高达742.4HV0.1,平均摩擦系数和磨损率分别为0.5593和0.272×10-4 mm3·N-1·m-1,耐磨性能优异,抗拉强度达到1051.3 MPa,延伸率为5.84%,塑性较好。因此,SLM成形TiB2/S136复合材料的最佳η为66.7J/mm3,η过高或过低,均会严重影响TiB2/S136复合材料的致密度及力学性能,该研究为SLM成形高性能模具钢材料提供了有益的理论和工艺借鉴。     

40CrNiMoA齿轮激光表面强化及抗疲劳性分析

对40CrNiMo齿轮进行了激光表面强化处理,用SEM和TEM对处理试样显微组织进行了分析,测试并分析了其显微硬度,并进行了抗疲劳性现场试验,结果表明:40CrNiMo激光淬火后其组织由淬硬层、过渡区和基体组成,淬硬层组织为细小的板条马氏体和针状马氏体,层深约1.5mm,过渡区为马氏体和索氏体混合组织,基体为回火索氏体。淬硬层表面硬度比常规淬火硬度有所提高。40CrNiMo激光淬火齿轮比20Cr2Ni4渗碳淬火齿轮疲劳强度提高约10%。     

激光冲击304不锈钢微观组织和性能研究

采用激光冲击强化改善304不锈钢耐磨性能。利用电子背散射衍射（EBSD）、显微硬度和球磨实验分析了激光冲击前后试样的微观组织和性能,探讨了激光冲击对其磨损性能的影响机理。结果表明,激光冲击304不锈钢后,其比磨损率下降,显微硬度从200 HV提高到260 HV。这是由于激光冲击强化304不锈钢使得材料表层晶粒碎化和大量亚结构形成,同时诱发马氏体相变的共同作用下,提高了304不锈钢的显微硬度,改善了其耐磨性能。     

激光选区熔化成形S-130钢热处理工艺研究

采用激光选区熔化(SLM)技术成形S-130马氏体时效不锈钢,研究了热处理前后S-130试样的物相、显微组织以及力学性能,并对比分析了五步热处理和三步热处理工艺对组织和性能的影响。结果表明:SLM成形S-130试样主要由大量马氏体和少量残余奥氏体组成,显微组织呈胞状枝晶结构,透射电子显微镜(TEM)观察到大量含有高密度位错的板条马氏体。经过两种热处理后,逆转变奥氏体的形成使得奥氏体的含量增加,大量的纳米级析出物在板条马氏体上弥散分布,同时残余/逆转变奥氏体在马氏体板条间析出。SLM沉积态试样经过两种热处理后显微硬度和拉伸强度得到明显提升,且延伸率没有降低。相较于五步热处理,三步热处理后的试样具有更高含量的奥氏体以及更细小的板条马氏体和析出物,且在保证延伸率的情况下具有更高的显微硬度和拉伸强度。SLM成形S-130马氏体时效不锈钢优化的热处理制度为三步热处理(固溶+冷处理+时效)。     

激光选区熔化成形TA7 ELI钛合金显微组织及力学性能研究

针对TA7 ELI钛合金开展激光选区熔化(SLM)成形工艺研究，获得激光功率P、扫描速度V对致密度的影响规律，进一步分析激光能量密度对缺陷的影响，并基于最佳成形工艺参数开展显微组织及力学性能分析。研究表明，SLM成形TA7 ELI致密度随激光功率P的升高先增加后降低，随着激光能量密度增加先增加后降低。当激光功率P为280 W、扫描速度V为1 000 mm/s、扫描间距H为120μm、铺粉层厚t为30μm时，成形试样致密度最高为99.89%,此时激光能量密度为78 J/mm³。SLM成形TA7 ELI沿着沉积方向为外延生长柱状晶，垂直沉积方向为等轴晶组织，晶内由平行或交错分布的细小针状α′马氏体组成。TA7 ELI沉积态抗拉强度超过1 050 MPa,延伸率达到15%,拉伸断口均匀密集分布等轴韧窝，表现为典型的韧性断裂特征。     

304L不锈钢的激光粉末床熔融原位合金化

采用Fe、Cr和Ni单质元素混合粉末作为LPBF原材料，以原位合金化的方式制备304L不锈钢，研究了工艺参数对试样密度、微观组织、成分均匀性、相结构和显微硬度的影响，并将其与预合金粉末LPBF试样进行了对比。结果表明：原位合金化试样的致密度最高可达99.05%；随着激光能量密度增加，试样的成分均匀性逐渐提高，物相结构从面心立方+体心立方（FCC+BCC）转变为FCC；当激光能量密度为242 J/mm3(P=290 W,v=500 mm/s)时，能谱分析结果显示原位合金化试样成分均匀，显微硬度为224 HV，微观形貌与预合金粉末LPBF试样一致；当激光能量密度较低时，原位合金化试样内部的多相结构以及异质形核产生的细晶结构能有效提高其硬度，硬度最高可达302 HV，较预合金LPBF试样提高了26.4%。     

薄板模具钢脉冲Nd:YAG激光熔凝区显微硬度特征的影响因素

本文在厚度为 0 .5— 2 .0mm的 5Cr4Mo3SiMnVAl(0 12Al)模具钢和Cr12MoV模具钢薄板上 ,采用脉冲Nd :YAG激光进行了激光熔凝实验 ,研究了工艺参数 (脉冲宽度和脉冲频率 )、材质和材料厚度对激光熔凝后熔凝层显微硬度特征的影响。结果表明 :随着脉冲宽度的增加或脉冲频率的减少 ,激光熔凝区的显微硬度有减少的趋势 ;Cr12MoV模具钢的激光熔凝区的显微硬度比 0 12Al模具钢的低 ;随着材料厚度的增加 ,激光熔凝区的显微硬度表现为先增加后减少的趋势。激光熔凝工艺参数、材料的热扩散情况和材料的热物性参数的不同是造成上述现象的主要原因。     

对三种模具钢激光表面热处理的实验研究

研究了三种模具钢 ( 3Cr2W8、Cr12、T8A钢 )在激光热处理和交叠处理下材料表面显微组织的分布特征和表面硬度分布 ,激光表面热处理后硬化表面由过渡区和相变硬化区组成。加工后的硬度三种模具钢各有不同 ;激光交叠处理后的差异表现在回火软化区 ,硬度的下降幅度也不相同 ,并分析了产生上述现象的原因。这些技术在实际中已经得到应用 ,对实际生产有一定的指导意义。     

40铬钢表面加碳激光合金化处理

对40铬钢进行表面加碳激光合金化处理,得到深0.25～0.35mm的白口铸铁层,白口铸铁层组织呈梯度变化,晶粒明显细化,显微硬度高达1200HV0.3以上.热影响相变区组织为马氏体,并存在有针状马氏体到隐晶马氏体的分层,硬度为710～780HV0.3,比常规淬火明显提高.采用高的激光密度、快的扫描速度,有助于晶粒的细化,从而使硬度提高.磨损实验表明,白口铁层的磨损性能比常规淬火样品提高约50%.