热处理对激光选区熔化TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了激光选区熔化(SLM) TC4钛合金沉积态和退火态显微组织的特征及其对力学性能的影响规律。结果表明:合金组织沿激光选区熔化成形高度方向呈现外延生长,形成柱状晶,晶内存在大量的针状马氏体α’相。退火后,晶内的针状α’相转变为α+β板条组织。随着退火温度的升高,组织中α相含量逐渐降低,α片层逐渐粗化,β相含量逐渐升高;室温拉伸强度逐渐降低,塑性逐渐升高,显微硬度逐渐降低。经过800℃×2 h/FC退火热处理后,激光选区熔化成形TC4钛合金具有最佳的强度与塑性匹配。     

气雾化制备微细球形钴铬钼钨合金粉末及其SLM成形性能

利用自行研制的防返风超音速气雾化设备制备钴铬钼钨合金粉末,对粉末的形貌、粒度与粒度分布以及显微组织等进行分析,并研究其激光选区熔化成形件的显微组织、硬度和拉伸性能。结果表明,气雾化制备的Co Cr Mo W合金粉末主要为球形,部分有卫星颗粒,粉末组织由胞状晶和树枝晶组成。激光选区熔化成形的成形件表面熔道搭接良好,表面粗糙度为11.0μm,相对密度达到98.7%,组织为γ马氏体和ε马氏体;抗拉强度为1 283 MPa,屈服强度为852 MPa,伸长率为7.9%,显微硬度HV达到398.8;拉伸断口呈现准解理断裂特征。     

电子束选区熔化成形方向选择对TC4合金性能的影响

采用电子束选区熔化针对不同成形方向进行打印,利用扫描电子显微镜(SEM)和金相显微镜(OM)研究了电子束选区熔化成形Ti-6Al-4V合金的组织特征,获得了成形后Ti-6Al-4V合金力学性能,揭示了成形方向选择对力学性能的影响规律。结果表明:横向打印产品材料抗拉强度能够达到986 MPa、屈服强度能够到达880 MPa、延伸率能够到达11.2%,明显优于纵向打印产品材料的性能;横向打印材料在打印过程中冷却速度较快,β相先转化成α′马氏体,最后分解为α+β相组成的网篮组织;纵向打印材料在打印过程中材料被反复加热,最终形成魏氏组织(过热组织)。     

Ti-5Ta-30Nb-7Zr合金医用多孔材料的电子束选区熔化成形及表征

采用电子束选区熔化成形技术制备了具有不同孔结构的Ti-5Ta-30Nb-7Zr合金医用多孔材料。对该多孔材料的显微组织、力学性能进行了表征,观察了样品表面对细胞生长形态的影响。实验结果表明:电子束选区熔化成形技术能够灵活地控制孔的结构和尺寸,使多孔材料力学性能与人骨力学性能更好地匹配;成形的Ti-5Ta-30Nb-7Zr合金多孔材料主要由β相和均匀分布的颗粒状α相组成,其压缩应力-应变曲线存在一个较长的应力平台,对外来冲击可起缓冲作用,更适于用做人体承载部件;粗糙的孔壁结构为细胞生长提供了良好的生长条件,细胞生长状态良好。     

倾斜角度对激光选区熔化成形Ti6Al4V合金的影响

利用自主研发的Di Metal-100型激光选区熔化设备制备与基板平面成不同倾斜角的Ti6Al4V非标准拉伸试样,研究熔化成形后合金的显微组织、物理和力学性能。结果表明,Ti6Al4V合金粉末熔化成形后的组织为针状α′马氏体和(α+β)相,随倾斜角度变化,试样中α/α′相与β相的相对含量也发生变化,倾斜角为45°试样中β相含量最高;α′马氏体呈柱状分布于(α+β)相中,并且方向始终平行于成形方向(Z轴方向)。随SLM成形试样的倾斜角从0°增加到90°,其相对密度先减小后增大,并在90°时达到最大值96.1%;试样的硬度和抗拉强度均先升高后降低,在45°时达到最大值,硬度为393 HV,抗拉强度为1 288 MPa;试样表面粗糙度Ra也呈先增大后减小的趋势,在0°时达到最小值8.77μm,在30°时达到最大值19.55μm。     

热压制备Mo-Nb-Si系新型高温金属硅化物合金

以Mo粉、Nb粉和Si粉为原料,采用机械活化/热压工艺制备(Mo1-xNbx)5Si3(x=0,0.4,0.6,1.0)型高温金属硅化物.通过XRD、SEM和EDS等分析手段对合金试样进行物相分析、显微组织观察、微区成分分析及力学性能测试.结果表明:合金试样的主要物相为Mo5Si3、α-Nb5Si3、γ-Nb5Si3及其(Mo,Nb)5Si3和β-(Nb,Mo)5Si3固溶体相,Mo有助于高温相β-Nb5Si3的相稳定;随着Nb含量的增加,硬度值呈上升趋势,合金硬度较高,达1 311.5～1 397.5HV;试样的压痕断裂韧度和抗压强度呈先增加后降低的趋势,当x=0.6时断裂韧度和抗压强度达到最大,分别为4.71 MPa·m1/2和1 637 MPa,Nb5Si3和Nbss(Nb基固溶体)有助于合金断裂韧度的提高.     

选区激光熔化Al-Zn-Mg-Sc合金组织与性能研究

采用选区激光熔化(SLM)技术成形Al-Zn-Mg-Sc合金。研究了激光打印参数及热处理工艺对Al-Zn-Mg-Sc合金显微组织与力学性能的影响。研究结果表明, 打印态Al-Zn-Mg-Sc合金组织具有显著的各向异性特征: 建造面熔池为鱼鳞状, 晶粒为大尺寸柱状晶; 扫描面熔池则为条带状, 晶粒为小尺寸柱状晶与等轴晶。SLM成形的Al-Zn-Mg-Sc合金存在大量热裂纹, 严重影响合金力学性能。但热处理后, Al-Zn-Mg-Sc合金力学性能显著提高。经过热处理后合金的维氏(HV)硬度由91.70提升至144.27, 抗拉强度由183.71 MPa提升至257.53 MPa。      

热处理工艺对注射成形IN713C合金组织与力学性能的影响

以气雾化IN713C合金粉末为原料,采用注射成形工艺制得合金材料,分别在1 150,1 175和1 200℃下进行固溶处理,然后在760,850和930℃进行时效热处理,通过扫描电镜(SEM)及能谱仪对合金的显微组织与物相组成进行观察与分析,并测定时效态合金的硬度与抗拉强度。结果表明:固溶温度达到1 175℃后,继续升高温度,则冷却过程中γ′析出相减少,固溶处理温度为1 175℃时合金的硬度(HRC)和抗拉强度分别为42.4和1175.9 MPa。时效处理温度为760℃时,合金的硬度(HRC)和抗拉强度分别达到43.6和1 223.7 MPa;时效温度高于760℃时,γ′相尺寸由于晶格错配度过大而粗化,随时效处理温度升高,γ′相尺寸逐渐增大,数量逐步减少,强化相体积分数降低,合金的硬度与抗拉强度都降低。注射成形IN713C合金的最优热处理制度为1 175℃/2h/AC+760℃/16 h/AC。     

激光熔化沉积Rene95镍基高温合金的凝固组织及力学性能

采用激光熔化沉积方法制备出Rene95镍基高温合金薄壁样, 分析了沉积态的凝固组织, 并进行了热处理和力学性能测试. 研究表明, 激光熔化沉积Rene95镍基合金的凝固组织为外延生长的定向凝固组织, 其一次枝晶间距在20 μm左右, 二次枝晶臂细小甚至退化, 元素偏析较轻; 通过适当的热处理后, 合金中γ′沉淀相的体积分数明显增加, 合金的显微硬度由沉积态的HV_(0.1) 500提高到HV_(0.1) 540; 经过热处理后, 激光熔化沉积Rene95合金的室温抗拉强度为1247 MPa, 较粉末冶金C级水平略低, 而沿沉积高度方向的延伸率为16.2%, 高于粉末冶金A级水平.     

铜锡合金激光选区熔化非平衡凝固组织与性能

对具有重要工程应用价值的Cu?5%Sn合金进行激光选区熔化（SLM）成形,在激光功率160 W、扫描速度300 mm·s?1、扫描间距0.07 mm条件下,合金样品相对密度可达99.2%,熔池层与层堆积密实,表面质量良好。研究发现所获合金具有非平衡凝固组织特征,其中以α-Cu(Sn)固溶体相为主,且涉及具有超结构的γ相、δ相。显微形貌主要由柱状晶与富锡网状组织构成,伴随有不同尺度界面Sn元素偏析及晶界、晶内纳米尺寸超结构合金相颗粒析出。所获合金的力学性能与同成分铸态合金或较低Sn含量SLM合金相比得到显著强化,表面硬度可达HV 133.83,屈服强度326 MPa,抗拉强度387 MPa及断裂总延伸率22.7%。      

选区激光熔化成形TA1钛合金组织性能研究

通过选区激光熔化(SLM)制备TA1合金,研究了打印态及退火态TA1合金的组织及性能。研究结果表明,SLM制备的TA1合金具有优异的力学性能,其抗拉强度、伸长率及断面收缩率均满足GJB 2744A-2007中锻件的要求,尤其抗拉强度达到600 MPa以上。打印件在不同打印方向上的性能略有差异,Y方向上最优,X方向上次之,Z方向上最弱(580 MPa)。退火处理后的组织更加均匀,抗拉强度、断面收缩率和硬度比打印态略有降低,伸长率略有增大。SLM制备的TA1合金能够在复杂精密件的应用上代替锻件,节省原材料,为3D打印TA1合金的应用提供参考。     

Nb含量对GH4169合金组织和拉伸性能的影响

采用真空感应熔炼、锻造、轧制、热处理等工艺得到Nb元素含量分别为4.99%、5.13%、5.34%、5.50%的四种GH4169合金,研究了Nb元素含量对GH4169合金组织和拉伸性能的影响。结果表明:随着Nb元素含量的增加,GH4169合金两组室温屈服强度和抗拉强度的均值分别由1124.5 MPa和1402 MPa提高至1152.5 MPa和1489 MPa,两组650℃屈服强度和抗拉强度的均值分别由867.5 MPa和1035 MPa提高至975.0 MPa和1105 MPa,室温拉伸塑性略有降低,但650℃拉伸塑性几乎无变化,说明Nb元素含量的增加促进了主要强化相γ″的析出和长大,同时金相观察表明同样促进了晶界δ相的析出。     

高强度低合金耐磨钢NM400的强韧化机制

采用控轧控冷工艺生产的高强度低合金耐磨钢NM400,具有高强度、高硬度和较高的韧性,其屈服强度为1 170MPa,抗拉强度为1 369MPa,平均硬度为403HB,伸长率为23%,-20℃冲击功为47J。光学显微镜观察发现,NM400的组织为回火马氏体,淬透性良好;透射电镜下观察发现,钢中存在大量纳米尺寸级析出物,能谱分析表明,析出物为Ti,Nb的碳氮化物。分析结果表明,耐磨钢NM400的强化机制主要为位错强化、细晶强化和析出强化;细晶强化是韧性提高的主要原因。     

预热对激光熔化沉积成形12CrNi2合金钢组织与性能的影响

使用高功率光纤激光器的快速成形系统和电磁感应加热设备,分别在未预热和预热的情况下成形12CrNi2合金钢.通过扫描电镜观察成形件微观组织、维氏硬度计测试不同部位硬度、万能材料试验机测试不同方向的拉伸性能,研究预热对激光熔化沉积12CrNi2合金钢不同方向的组织、硬度、拉伸性能的影响.结果表明:未预热条件下,单道熔池组织为板条马氏体,块状成形件熔池为回火马氏体与贝氏体混合组织,XOZ截面与YOZ截面组织没有明显的组织差别,但YOZ截面整体硬度大于XOZ截面,同时两个截面均出现了大尺寸宏观裂纹缺陷,力学性能差.在预热条件下,熔池由于温度梯度降低发生贝氏体转变,单道熔池呈现性能优异的下贝氏体组织;块状成形件熔池没有发生回火马氏体转变,主要为粒状贝氏体.截面硬度分布较未预热下更为均匀.在拉伸方向及搭接方向均呈现高强度、低塑性特征,抗拉强度可达1189 MPa,屈服强度为951 MPa,伸长率仅为2.8%,性能没有明显的各向异性.预热能够降低熔池中温度梯度,减小热应力,有效控制裂纹缺陷,促进组织均匀化,降低组织、性能的各向异性,提高合金钢成型件力学性能.      

Nb元素对Zr-Ti基生物材料力学性能和耐腐蚀性能的影响

通过真空非自耗电弧熔炼炉制备Zr-Ti-xNb(x=6、8、10,摩尔分数,%,下同)合金,采用锻造和β单相区固溶热处理工艺进一步加工铸锭,通过对材料微观组织、力学性能和耐腐蚀性能的表征,研究Nb元素对Zr-Ti基生物材料力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果显示,Zr-Ti-xNb(x=6、8、10)合金均由β相和α″相组成,随着Nb元素含量增加,β相含量增加,α″相含量降低,Nb元素添加提高了合金中β相的稳定性。同时Nb含量增加,合金屈服强度由360 MPa增加至780 MPa,固溶强化效应明显,在变形过程中出现了应力诱发马氏体相变现象,极大提高材料的抗拉强度和塑性。同时可以较好地提高合金的耐腐蚀性能,实验表明三种材料在生理盐水中均表现出较强的耐腐蚀性能。     

Mo-30W钼合金棒材再结晶行为研究

采用粉末冶金工艺制备了Mo-30W钼合金棒材, 通过拉伸力学性能测试、硬度测试、光学显微镜(optical microscope, OM)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM) 及能量色散谱仪(energy dispersive spectrometer, EDS) 等测试分析手段, 研究了Mo-30W钼合金棒材的再结晶行为。结果表明, 由于W的固溶强化和变形强化, Mo-30W钼合金棒材在1600℃高温抗拉强度达到170MPa, 延伸率为10%, 高温力学性能得到明显提升; 在1300~1500℃范围内, 随着温度的升高, Mo-30W钼合金棒材强度和硬度先保持稳定然后显著下降; 在1500℃时, Mo-30W钼合金棒材发生了完全再结晶, 抗拉强度为385 MPa, 维氏硬度为HV10 185, 抗拉强度和硬度值达到最低。     

Microstructure and properties of ZrO2-reinforced 24CrNiMoY alloy steel prepared by selective laser melting

ABSTRACT

The process parameters of selective laser melting (SLM) fabricated 24CrNiMoY alloy steel were optimised. Different contents of zirconia powder were added to the 24CrNiMoY alloy steel powder. With the optimum process parameters, the fabricated samples were characterised using various modern analysis methods. The results show that the main phase composition of 24CrNiMoY alloy steel is proecctectoid ferrite (PF) and granular bainite (GB). After the addition of zirconia, Lath bainite (LB) begins to appear, and with the increase of zirconia, the content of LB first increases and then decreases. When the zirconia content is 0.3%, the average micro hardness of the 24CrNiMoY alloy steel reaches the maximum and is 374?HV. In addition, the tensile strength is 811?MPa, the elongation is 6.7%, and the fracture surface shows ductile fracture.     

奥氏体化温度对51CrV4钢组织及疲劳性能的影响北大核心CSCD

利用拉-拉疲劳试验方法对比研究了51CrV4钢不同奥氏体化温度下试样的疲劳性能,并采用扫描电镜(SEM)对其微观组织变化和疲劳断口进行了分析。结果表明,当奥氏体化温度由850℃升高至900℃后,疲劳强度由840 MPa增加到883 MPa,疲劳断口表面二次裂纹数量增多,且主裂纹扩展路径更曲折,裂纹扩展速率降低。且随着奥氏体化温度的升高,组织中合金渗碳体得到细化,部分碳和合金元素从大尺寸合金渗碳体中回溶到基体中,增加了固溶强化,强度和硬度分别增加约32 MPa和20HV。通过分析发现,合金渗碳体细化及碳和合金元素的回溶是疲劳性能改善的主要因素。     

热处理对高温钛合金TG6铸造组织及性能的影响

对熔模精铸TG6合金进行了热等静压和退火热处理试验,研究了其铸态、热等静压态和退火态的显微组织和力学性能。结果表明,该合金在铸态下为晶粒粗大的魏氏组织,组织中存在缩松缺陷,合金抗拉强度为871.3MPa,塑性0.8%,合金组织中的疏松缺陷为断裂的裂纹起始源;通过热等静压后该合金抗拉强度及伸长率提高到950.7 MPa和3.7%;经过750℃退火热处理后,组织中β板条部分溶解,并析出(TiZr)6Si3硅化物,合金的室温拉伸延伸率提高到5%以上,强度相对于热等静压未发生明显改变,断口表现为解理断裂。