金属增材制造技术发展动向及无损检测研究进展

简要论述金属增材制造技术的国内外发展动向、应用情况,以及金属增材制造制件的特点和检测难点等;重点报道金属增材制造制件无损检测研究进展,主要包括金属增材制造的主要工艺类型及缺陷特征、组织特征,缺陷对性能影响的分析,无损检测方法研究现状,以及无损检测标准方面的最新进展等。在此基础上,对金属增材制造制件无损检测未来应关注的研究方向给出建议,即无损检测新技术的应用、在线检测方法、数值模拟技术、应力测试与特征技术和无损检测方法标准的建立和完善。     

金属增材制造技术的理论研究现状讨论

综述了金属增材制造技术的理论研究现状及目前国外对金属增材制造数值模拟仿真所开展的工作;介绍了数值模拟增材制造过程的基本流程和要点,从理论上对金属增材制造过程包含的物理特性变化进行了简单分析,并分类讨论了金属增材制造过程数值模拟的三个主要结果:温度场、残余应力以及热影响区的特性;指出了金属增材制造过程中数值模拟的有效性及对今后工作的展望。     

金属增材制造技术发展趋势综述

近年来金属增材制造技术的快速发展,使其在航空航天、医疗行业、汽车制造等领域得到了大量应用.本文简要介绍了金属增材制造的典型工艺、金属粉末和金属丝材的制备方法以及基于文献统计的方法分析金属增材制造目前的研究热点和发展趋势.结果 表明,金属增材制造技术在仿真设计、制造工艺、过程监控、质量评估、后续处理等领域还没有形成完善的...     

金属增材制造技术及其专用材料研究进展

金属增材制造已成为先进制造技术的一个重要发展方向,是制造领域的国际制高点,有着广阔的发展前景,也存在着巨大的挑战。介绍了激光选区熔化、电子束选区熔化、激光立体成形、电子束熔丝沉积等金属增材制造技术在成形装备、工艺技术和应用方面的研究进展,总结了增材制造用金属粉末和丝材的研制情况,指出了现阶段该技术存在的问题和未来研究方向。     

基于相场模拟的倾斜共晶生长研究进展

共晶合金是工业上应用最为广泛的一类合金,其组织形态以两相或多相固态从液态中同时共生生长为主。共晶组织存在于许多重要的结构材料和功能材料的固液相变中,而倾斜共晶是共晶组织在诸多因素影响下形成的与热流方向呈一定倾斜角度的共晶组织。学者们探究了倾斜共晶生长的生长机理和共晶生长界面稳定性等重要问题,发现倾斜共晶组织有利于改善共晶组织的材料性能,对解决许多关于共晶组织的问题有指导意义。初步认为,具有各向异性的表面张力对倾斜共晶产生影响。由于相场法的固液界面序参数连续变化,解决了凝固过程中固液界面追踪困难的问题,因此可利用相场模拟法来研究倾斜共晶的形成机理。采用相场模拟法研究倾斜共晶的生长机理,主要是通过改变物理参数和相场参数来观察倾斜共晶组织形貌的变化规律,例如各向异性参数、温度梯度、凝固速度、对流情况、界面能比以及初始层片间距等诸多参数都对倾斜共晶的形貌演化具有一定的影响。通过相场模拟法对凝固过程中倾斜共晶生长进行研究可以得到每种材料对应的最佳物理参数和相场参数,这不仅在理论上更是在工业上上升了一个新的台阶。历经几十年的发展,相场法模型从单相到多相,从定性研究到定量研究,更是从二维相场模拟发展到三维相场模拟,相场模拟法越来越完善,对于凝固过程中组织形貌变化模拟结果也越来越接近实际情况。本文将从二维相场模拟与三维相场模拟出发,阐述了在不同维度下物理参数和相场参数分别对倾斜共晶组织形貌演化的影响。在二维相场模拟方面,学者们取得了一系列的突破,证明了各向异性和对流情况对倾斜共晶有一定的影响,初始层片间距会改变共晶的生长模式,温度梯度、界面能、凝固速度和扩散系数对共晶倾斜角度也有一定影响。在三维相场模拟方面,同样取得了一些成就,不同生长速度和弹性效应下,层片间距与过冷度之间的关系,各向异性和温度梯度对倾斜共晶组织形貌变化以及扩散系数和界面能对固液界面变化都有被研究。本文指出了当前研究存在的问题,并对未来研究工作作出了展望。     

增材制造金属材料的疲劳性能研究进展

金属增材制造作为前沿热点制造技术之一,近年来在各种重要工业领域的研究和应用日益广泛。利用增材制造技术制备金属材料的过程中,不可避免会造成材料表面粗糙、气孔、未熔合等缺陷,虽然工艺技术的改进可以在一定程度上减小缺陷程度,但至今仍无法完全消除这些缺陷。增材制造金属材料的过程中,缺陷部位通常会成为应力集中源诱发疲劳裂纹的形核,造成金属材料的疲劳寿命下降。首先从表面质量、内部缺陷及微观结构等方面阐述了增材制造金属材料疲劳性能的影响因素;其次从宏观与微观角度概括了疲劳裂纹萌生/扩展机理的研究现状与进展;总结了热处理、表面优化、电磁辅助以及超声辅助等疲劳延寿技术的研究进展;最后讨论了基于机器学习技术的疲劳寿命评估模型,同时展望了机器学习和人工智能技术在增材制造金属材料领域的应用前景,为推动增材制造金属材料的发展和应用提供了借鉴与参考价值。     

铝合金增材制造技术研究进展

铝合金是实现结构轻量化的首选材料,在航空航天、交通运输、船舶舰艇等领域具有广阔的应用前景。铝合金增材制造技术在复杂三维精密结构件的制造方面具有突出的优势和潜力,而且具有高效快速、成形结构可控性高等优点。关于铝合金增材制造技术的迅速发展,本工作从组织与性能、成形精度和质量、成形缺陷控制和数值模拟4个方面,着重介绍了铝合金增材制造的研究现状和最新成果,总结了当前研究存在的不足。在此基础上,对铝合金增材制造技术未来应关注的研究方向给出建议,即实现增材件微观组织控制、阐明增材件应力形成机理、提高增材件的成形精度、研究成形过程中的温度场分布规律等。     

增材制造Ti-6Al-4V钛合金低周疲劳性能研究进展

金属增材制造技术可用于大型、复杂高性能钛合金结构件的制备,在航空航天等领域具有显著的优势和巨大的发展潜力。虽然增材制造Ti-6Al-4V合金构件的强度已经能够超过锻件,但它仍存在内部孔隙、熔合不良、粗大的柱状晶及残余拉应力等问题,使其在疲劳性能上与锻件具有一定的差距。本文在介绍直接能量沉积、选区激光熔化和电子束选区熔化3种代表性增材制造技术的原理及特点的基础上,简述了3种工艺制备Ti-6Al-4V合金构件的微观组织、静态力学性能及低周疲劳性能的研究进展,重点讨论了打印方向、缺陷、显微组织和表面处理对低周疲劳性能的影响。分析了增材制造Ti-6Al-4V合金构件低周疲劳性能、拉伸性能与微观组织之间的内在关系,并对提高构件低周疲劳性能的方法和推动其广泛应用的发展方向进行展望。     

增材制造Ti-6Al-4V合金组织调控研究现状

增材制造技术可实现复杂钛合金零件的快速成形,制造的Ti-6Al-4V合金具有较高的强度以及优异的高温性能,被广泛应用于航空、医疗等各大领域。综述了金属增材制造的典型工艺,分析了Ti-6Al-4V合金的相变特征,总结了选区激光熔化制造Ti-6Al-4V的力学性能和组织调控方法,着重分析了热处理温度、冷却速率、变质处理以及超声冲击等对合金组织的影响;展望了增材制造Ti-6Al-4V合金的主要发展方向。     

金属增材制造技术在航空领域的发展与应用

在现代社会里,金属增材的制造技术主要是以传统的去除成形以及受迫成形的完全不同概念而得到迅猛发展,因而其战略方向逐渐贴近于制造技术领域。而其代表性的高能束性质的流增材制已在航空领域的各项研究和应用中广泛化,在制造科技飞速跃进的同时,也更加解放和提升了结构设计的思想,因而在金属增材制造技术的实行中,两者的互促必将对未来的航空飞行制造技术的发展和应用产生深远意义。     

金属激光3D打印过程数值模拟应用及研究现状

数值模拟可以高效、有针对性地对金属激光选区熔化成型过程中的温度场、熔池形状、残余应力和变形、凝固过程微观组织演变等过程建立相应的模型并对成形件的相关性能做出准确预测,为工艺优化提供科学的依据,显著降低工艺开发成本和缩短工艺开发周期,有力推动金属增材制造向工业级应用的转变。本文综述了金属激光增材制造过程中温度场、熔池动力学、成形件内部残余应力和变形、显微组织变化4个方面数值模拟的最新研究进展,概述了金属SLM过程数值模拟所取得的最新进展,分析了金属SLM数值模拟领域的研究热点和所存在的计算时间长、成本高等问题,最后提出金属SLM过程数值模拟应将3D打印过程中快速凝固、微熔池等特征与大数据、人工智能、深度学习等技术相结合,进一步提高数值模拟精度,拓宽金属激光增材制造加工窗口,为个性化产品开发提供指导。     

搅拌摩擦沉积增材技术研究进展EI北大核心

搅拌摩擦沉积增材(additive friction stir deposition,AFSD)技术是一种新兴固相增材制造技术,采用金属棒材、粉材、丝材为增材材料,增材过程中依靠增材材料与板材摩擦产生摩擦热以及材料剧烈变形产生的塑性变形热形成黏塑性沉积层,沉积层逐层堆积形成三维实体结构件;基于其固相特征,具有熔覆增材技术不可比拟的优势,目前已成为增材制造领域的研究热点。本文从设备研制、微观组织演变、材料流动特性、力学性能变化四个方面综述了AFSD技术最新国内外研究进展;分析了该技术应用于工程实际的可行性,展望了在增材制造、材料修复、零件加固、制造金属涂层领域的应用前景;最后指出了产热机制、材料流动特性、辅助优化工艺、智能化设备研制等为未来的研究方向。     

Microstructure evolution of Al-Si-10Mg in direct metal laser sintering using phase-field modeling

Direct metal laser sintering (DMLS) has evolved as a popular technique in additive manufacturing, which produces metallic parts layer-by-layer by the application of laser power. DMLS is a rapid manufacturing process, and the properties of the build material depend on the sintering mechanism as well as the microstructure of the build material. Thus, the prediction of part microstructures during the process may be a key factor for process optimization. In addition, the process parameters play a crucial role in the microstructure evolution, and need to be controlled effectively. In this study, the microstructure evolution of Al-Si-10Mg alloy in DMLS process is studied with the help of the phase field modeling. A MATLAB code is used to solve the phase field equations, where the simulation parameters include temperature gradient, laser power and scan speed. From the simulation result, it is found that the temperature gradient plays a significant role in the evolution of microstructure with different process parameters. In a single-seed simulation, the growth of the dendritic structure increases with the increase in the temperature gradient. When considering multiple seeds, the increasing in temperature gradients leads to the formation of finer dendrites; however, with increasing time, the dendrites join and grain growth are seen to be controlled at the interface. The full text can be downloaded at https://link.springer.com/article/10.1007/s40436-018-0213-1     

基于搅拌摩擦的金属固相增材制造研究进展EI北大核心CSCD

基于搅拌摩擦的固相增材制造是大型轻质合金构件成形制造的新技术,已成为国内外先进成形制造领域研究的热点之一。本文对目前国内外基于搅拌摩擦的金属固相增材制造技术及其相关工艺机理的研究现状进行了分析和总结。常见的基于搅拌摩擦的固相增材制造技术可分为三类:基于搅拌摩擦搭接焊原理,使板材逐层堆积,从而获得增材构件的搅拌摩擦增材制造(friction stir additive manufacturing,FSAM)技术;采用中空搅拌头,通过添加剂(粉末或丝材)进行固相搅拌摩擦沉积的增材制造(additive friction stir deposition,AFSD)技术;采用消耗型棒材,通过棒材的摩擦表面处理,形成增材层的摩擦表面沉积增材制造(friction surfacing deposition additive manufacturing,FSD-AM)技术。重点分析了金属材料基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的国内外研究与应用现状,对比了三类基于搅拌摩擦的固相增材制造技术的特征及其工艺优缺点。最后指出增材工艺机理、形性协同控制、外场辅助工艺改型、新材料应用和人工智能优化是基于搅拌摩擦的固相增材制造技术未来研究的重点方向。     

激光增材制造不锈钢的凝固组织及调控方法研究进展

激光增材制造技术成形的制件具有自由度大、精度高、质量和性能好等优势,随着该技术的日益发展,其在不锈钢材料领域取得了显著的进展。激光增材制造技术成形不锈钢通常呈现出与传统制备工艺显著不同的非平衡凝固组织,表现出复杂的结构特征,而这些特征决定了合金的性能和应用。介绍了激光熔化沉积和选区激光熔化两种激光增材制造技术,选择典型的316L不锈钢及17−4PH不锈钢,综述了激光增材制造不锈钢凝固组织特征的研究现状,重点关注典型多尺度、层次性的组织结构(包括晶粒、宏观缺陷、熔池组织、胞状亚结构、氧化物夹杂等)。系统分析了激光增材制造不锈钢的组织调控方法,包括调整工艺参数、改变工艺环境及热处理等方式,通过组织调控能够影响晶粒的生长及熔池反应,进一步改善其内部微观组织,如形成间隙固溶体或颗粒夹杂物、细化晶粒及消除孔隙等,同时能促进不同相的析出和转变。通过合理地调控凝固组织,能够显著改善不锈钢的组织及机械性能。最后,对激光增材制造不锈钢的未来发展进行了展望。     

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...     

增材制造铜/钢双金属材料研究进展

铜/钢双金属材料具有力学强度高、物理化学性能优良等优势,在交通运输、电力能源和建筑工业等领域应用前景广阔。然而,传统熔铸工艺在制造铜/钢双金属材料时,容易在铜/钢界面处产生偏析现象,在一定程度上限制了铜/钢双金属材料的发展。与传统工艺相比,增材制造技术不仅能实现复杂加工零件的快速制造,而且在成形过程中较短的保温时间能缓和或消除异种金属材料界面产生的冶金缺陷,进而增强铜/钢双金属材料的力学性能。由于双金属材料是近年来的研究热点,有关增材制造铜/钢双金属材料的综述性文章较少,故综述了近年来激光、电子束及电弧增材制造技术制造铜/钢双金属材料的研究发展现状,分析了各技术的优缺点,并从制备方法、工艺参数及界面合金元素等角度,分析了影响材料界面组织性能变化的关键因素。发现在增材制造铜/钢双金属材料方面,目前激光增材制造技术主要应用于精度要求较高的小尺寸零部件,电子束增材制造技术适用于某些具有特殊性能的合金,如钛合金,而电弧增材制造技术适用于精度要求较低的大型复杂零部件。在铜/钢双金属材料增材制造过程中,界面处易形成显微组织分布不均匀、界面晶粒尺寸差异较大等现象,导致界面处产生应力集中,从而造成材料...     

激光增材制造热-力耦合数值模拟研究现状及进展

激光增材制造技术加工过程中温度变化迅速而剧烈,导致成形件内部产生复杂的热应力和残余应力,这是成形件发生应力变形、翘曲、开裂等加工缺陷的根本原因。并且,剧烈的温度变化使得难以直接使用实验观察其温度场和应力场演变规律。因此,通过建立有限元模型进行数值模拟的方法来分析热-力耦合场的分布以及其对成形件质量的影响尤为必要。总结了金属激光增材制造技术温度场和应力场的数值模拟研究进展及现阶段存在的一些问题,进一步探讨了金属激光增材制造技术在数值模拟方面的未来发展方向。     

Additive Manufacturing of Advanced Multi‐Component Alloys: Bulk Metallic Glasses and High Entropy Alloys

Bulk metallic glasses (BMGs) and high entropy alloys (HEAs) are both important multi‐component alloys with novel microstructures and unique properties, which make them promising for applications in many industries. However, certain hindrances have been identified in the fabrication of BMGs and HEAs by conventional techniques due to the intrinsic requirements of BMGs and HEAs. With the advent of metal additive manufacturing, new opportunities have been perceived to fabricate geometrically complex BMGs and HEAs with tailorable microstructure theoretically at any site within the specimen, which are not achievable using conventional fabrication techniques. After providing some background and introducing the conventional fabrication techniques for BMGs and HEAs, this review will focus on the current status, development, and challenges in metal additive manufacturing of BMGs and HEAs including different additive manufacturing techniques being used, microstructure design and evolution, as well as properties of the fabricated BMGs and HEAs. A future outlook of metal additive manufacturing of BMGs and HEAs will also be provided at the end.