激光熔化沉积AerMet 100耐蚀超高强度钢的凝固组织及力学性能

利用激光熔化沉积技术制备了AerMet 100耐蚀超高强度钢薄壁板状试样.结果表明,试样具有细小均匀、无侧向分枝的快速凝固胞状组织及优异的力学性能,其室温下的纵向和横向抗拉强度分别达到1464和1402 MPa,延伸率分别达到20.3%和29.7%.讨论了往复式扫描激光熔化沉积过程中"之"字形胞状组织的凝固过程,并建立了基于胞晶择优外延生长的物理模型.     

激光熔化沉积AerMet100超高强度钢凝固组织及高温稳定性

利用激光熔化沉积技术制备AerMet100超高强度钢厚板试样,利用OM、SEM和EDS研究了激光熔化沉积态组织,通过在885~1150℃范围内的高温固溶热处理研究了激光熔化沉积AerMet100钢的高温组织稳定性。结果表明,激光熔化沉积态AerMet100钢具有细小均匀、沿沉积方向定向生长的快速凝固胞状树枝晶组织,合金元素在胞晶尺寸范围内存在一定的凝固偏析,激光熔化沉积各层之间存在层间热影响区,而且AerMet100钢激光熔化沉积快速凝固胞状树枝晶组织具有异常优异的高温组织稳定性,其快速凝固胞状树枝晶特征可以保持到1100℃,原位快速凝固胞状树枝晶极低的界面能及其很弱的凝固偏析是该组织具有异常优异的高温组织稳定性的主要原因。     

激光熔化沉积定向快速凝固高温合金组织及性能

采用激光熔化沉积定向快速凝固工艺,制备出了具有快速定向生长微细柱晶组织的Rene95高温合金板状试样,其一次枝晶间距约为7 μm、枝晶间完全无γ/γ'共晶组织析出.结果表明,激光熔化沉积定向快速凝固微细柱晶Rene95高温合金具有优异的力学性能.     

激光熔化沉积300M超高强度钢组织与力学性能

利用激光熔化沉积快速成形工艺制备300M超高强度钢薄板试样,应用OM、SEM等方法分析了钢的组织,并测试了其室温拉伸力学性能.结果表明,由于激光熔化沉积过程中的高温度梯度及冷却速度,激光溶化沉积300M钢具有细小均匀的快速凝固胞状树枝晶,其显微组织为马氏体与贝氏体混合组织;激光熔化沉积态300M钢室温拉伸性能接近锻件水平.     

选区激光熔化成形316L不锈钢微观组织及拉伸性能分析

采用选区激光熔化技术制备了316L不锈钢的拉伸试样,分析了试样不同区域的组织特征,测试了其拉伸力学性能.结果表明,其组织形貌主要为胞状晶,但在某些“微熔池”内晶粒生长方向不相同,而近乎相互垂直,从而在同一视野中显示出典型的细小柱状晶（亚晶）和近似六边形“胞晶”共存的组织特征.试样的抗拉强度与传统工艺制备的相比有较大提高,但断后收缩率有所降低.这主要由于选区激光熔化是快速熔化与冷却凝固的过程,其选区熔化的特征使得不同区域的激光入射角度、选区熔化扫描方式、“熔池”散热条件各不相同,导致不同区域呈现复杂的结晶过程,形成不同特征的微区组织.由于冷却速度较快所得的细小柱状晶的直径为亚微米级,致密分布,显著提高了材料的抗拉强度.但由于晶粒生长明显的方向性,使得拉伸过程中晶粒在不同方向的塑性变形不均匀,相互牵制,加之大量熔合线界面处不可避免的内应力,导致断后收缩率有所降低.     

定向凝固镍基高温合金表面微弧火花外延沉积MCrAlY涂层

在分析微弧火花沉积工艺产生的单熔体快速凝固过程的基础上,提出将微弧火花沉积用于制备具有定向凝固特征的防护涂层.结果表明:采用微弧火花沉积可在定向凝固高温合金表面获得超细的胞状柱晶结构、外延生长的MCrAlY涂层.与激光外延生长涂层相比,微弧火花外延涂层能够保持完全的柱状晶结构,而激光外延涂层表层通常会形成等轴晶层;另外,在组织均匀性、组织粗细、界面熔合区大小等方面微弧火花涂层具有明显的优势.     

选区激光熔化成型316L不锈钢微观组织及拉伸性能分析

选区激光熔化技术在复杂零部件的制造领域显示出强大的优势,但打印件的组织与综合性能还有待于进一步优化。采用选区激光熔化技术制备了316L不锈钢的拉伸试样,分析了试样不同区域的组织特征,测试了其拉伸力学性能。结果表明,其组织形貌主要为胞状晶,但在某些"微熔池"内晶粒生长方向不相同,近乎于相互垂直,从而在同一视野中呈现出典型的细小柱状晶(亚晶)和近似六边形"胞晶"共存的组织特征。试样的抗拉强度与传统工艺相比有较大提高,但延伸率有所降低。这主要是由于选区激光熔化是快速熔化与冷却凝固的过程,其选区熔化的特征使得不同区域的激光入射角度、选区熔化扫描方式、"熔池"散热条件各不相同,导致不同区域呈现复杂的结晶过程,形成不同特征的微区组织。由于冷却速度较快,所得细小柱状晶的直径为亚微米级,致密分布,显著提高了材料的抗拉强度。但由于晶粒生长明显的方向性,使得拉伸过程中晶粒在不同方向的塑性变形不均匀,相互牵制,加之熔合线界面处不可避免的内应力,导致延伸率降低。     

液相流动对柱晶一次间距的影响

利用带有对流驱动系统的定向凝固装置,研究了液相稳定流动时透明合金SCN-2wt-％Ace定向凝固的动态过程.结果表明:流动显著改变定向凝固柱状晶的一次间距枝晶的间距增大,主要是流动与枝端浓度场耦合作用的结果;胞晶的间距变小,主要是侧向分枝转向生长的结果     

超声振动辅助激光熔化沉积316L不锈钢的微观组织演变研究

在激光熔化沉积316L不锈钢的过程中耦合不同功率的超声振动,研究了超声功率对晶粒形态尺寸、凝固组织形成机制以及晶粒生长特性的影响。研究表明,激光熔化沉积过程中316L不锈钢晶粒发生定向凝固外延生长,形成粗大的柱状晶。施加超声会将沿[100]方向外延生长的粗大原生柱状晶打碎,产生细化晶粒的效果；沿柱状晶外延生长方向传递的超声振动增大了晶粒内沿长轴方向的累积取向差,提高了平均位错密度。施加超声有助于加强熔池流体的对流,降低沿沉积方向的温度梯度,使得垂直生长的柱状晶更快转变为八字形柱状晶；同时提高合金凝固冷速,使得柱状晶宽度以及晶粒内部一次枝晶列间距减小,实现宏观晶粒尺寸与微观枝晶间距的细化。     

激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的微观组织与性能

以纯Ti,Al,Mo元素粉末为原料,采用激光多层沉积技术制备Ti-6Al-3Mo合金,研究了激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的微观组织特征及硬度分布.首先针对合金沉积层的凝固组织展开研究,分析激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的凝固组织的形态特征及形成规律,并结合多元合金凝固柱状晶/等轴晶转变模型分析其形成机理.结果表明,激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的凝固组织由外延生长的粗大柱状晶组成,仅在沉积试样的最顶部,形成一层薄薄的细小等轴晶;其次研究了β晶内α相的形成和分布.结果表明,原始β晶内的微观组织主要由大量的α束域,初生魏氏α板条以及板条间β相组成.在组织研究的基础上,对沉积层不同区域的硬度分布进行测试,为激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的进一步深入研究及应用奠定科学基础.     

MICROSTRUCTURE OF BINARY Mg-Al EUTECTIC ALLOY WIRES PRODUCED BY THE OHNO CONTINUOUS CASTING PROCESS

Directionally solidified binary Mg-Al eutectic alloy wires of approximately 5 mm in diameter were produced by the Ohno continuous casting （OCC） process and the microstructure was examined. It was found that the wires possess obvious unidirectional growth characteristic along its axial direction. The microstructure consists of parallel columnar grains that resulted from the competitive growth of equiaxed grains solidified on the head of dummy bar. Each columnar grain comprises regular eutectic a-Mg and β-Mg17 Al12 phases, which grew along the axial direction of the wires. The morphology of the eutectic is mainly lamellar, meanwhile rod eutectic exists. The formation of rod eutectic was attributed to the ＂bridging effect＂ caused by incidental elements in the 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。     

混合焓对激光多层沉积Ti-6Al-4V合金凝固组织的影响

分别以预合金粉末和混合元素粉末为原料进行激光多层沉积Ti-6A-4V合金,采用XRD研究了预合金粉末、混合元素粉末和沉积试样的相组成,采用金相显微镜研究了沉积试样的凝固组织.结果表明,预合金法激光多层沉积Ti-6Al-4V合金的凝固组织由外延生长的柱状晶组成,且随激光功率的提高,合金凝固组织倾向于由柱状晶转变为等轴晶;随着激光功率由1600 W增加至2700 W,混合元素法激光多层沉积Ti-6Al-4V合金的凝固组织则由粗大等轴晶逐渐转变为外延生长的柱状晶.扫描速率对合金凝固组织的影响较小.对混合焓对合金凝固组织的影响进行了讨论.     

Surface modification of TC4 Ti alloy by laser cladding with TiC+Ti powders

Laser surface cladding was applied on a TC4 Ti alloy to improve its surface properties.Mixed TiC and Ti powders with a TiC-to-Ti mass ratio of 1:3 were put onto the TC4 Ti alloy and subsequently treated by laser beam.The microstructure and composition modifications in the surface layer were carefully investigated by using SEM,EDX and XRD.Due to melting,liquid state mixing followed by rapid solidification and cooling,a layer with graded microstructures and compositions formed.The TiC powders were completely dissolved into the melted layer during melting and segregated as fine dendrites when solidified.The inter-dendritic areas were filled with fine α' phase lamellae enrich in Al.Mainly due to the reduced TiC volume fraction with increasing depth,the hardness decreases with increasing depth in the laser clad layer with a maximum value of HV1400,about 4.5 times of the initial one.     

激光选区熔化制备Ti−6Al−4V合金的显微组织及在人工模拟唾液中的电化学腐蚀行为

为了进一步提高植入体的耐腐蚀性,通过激光选区熔化制备Ti?6Al?4V合金。借助扫描电镜、电子背散射、透射电镜、电化学腐蚀试验和接触角试验对其显微组织和在人工模拟唾液中的电化学腐蚀行为进行研究。结果表明:激光选区熔化制备Ti?6Al?4V合金在堆积方向呈现典型的β柱状晶,在扫描方向呈近圆形棋盘状组织,而锻造和锻造+热处理样品呈现典型的等轴晶形貌。在37°C模拟人工唾液中激光选区熔化制备Ti?6Al?4V合金比锻造和锻造+热处理样品具有更好的耐腐蚀性能,这是由于其具有疏水性、更高的晶界密度和分布均匀的合金元素。     

Effect of Laser Oscillation on the Microstructure and Mechanical Properties of Laser Melting Deposition Titanium AlloysEI北大核心CSCD

针对激光熔化沉积冶金组织与缺陷,借鉴激光摆动焊接技术,提出一种激光摆动送粉增材制造TC4钛合金工艺,借助激光原位摆动改变熔池运动轨迹进而影响温度梯度和凝固速率,改善增材制造钛合金的微观组织。利用OM、SEM、EBSD和Vickers硬度计研究了激光摆动送粉增材制造工艺对TC4钛合金微观组织演变及力学性能的影响。结果表明,无摆动激光熔化沉积实验的最佳工艺参数为:激光功率1000 W,扫描速率8 mm/s,送粉速率6.92 g/min;直线型激光摆动的最佳工艺参数为:摆动频率200 Hz,摆动幅度1.5 mm。直线型激光摆动对熔池形貌改善显著,气孔和裂纹等缺陷较少,柱状晶数量和尺寸均有所减小,并且晶粒出现了等轴化的现象。相比无摆动样品,激光摆动后Ti-6Al-4V合金单道区域平均晶粒尺寸从5.20μm减小到4.37μm;硬度从418.00 HV提升到428.75 HV。     

Grain refinement and boundary misorientation transition by annealing in the laser rapid solidified 6FeNiCoCrAlTiSi multicomponent ferrous alloy coating

A 6FeNiCoCrAlTiSi multicomponent ferrous alloy coating with simple BCC solid solution phase has been prepared by laser cladding on a low carbon steel substrate. Grain boundary misorientation transition and abnormal microstructure refinement in the coating after annealing at 500 °C have been studied by electron backscatter diffraction (EBSD) observation. Before annealing, the microstructure of the coating is mainly composed of directionally solidified columnar grains with low angle grain boundaries distributed as networks. After annealing, the main phase and microhardness of the coating almost remain unchanged. However, the columnar grains transform to equiaxed refined grains with the grain boundary misorientation transition from low to high angles. This result supports such an argument that the reheating process in post-stage of solidification plays a key role on the grain refinement during rapid solidification process.     

熔炼方式对Ti6242S钛合金棒材组织性能的影响

利用1350 kW型国产化的电子束冷床熔炼(EB)炉及真空自耗熔炼炉制备Ti6242S钛合金铸锭,并对制备的Ф200 mm棒材的微观组织及力学性能进行了对比分析。经EB一次熔炼铸锭的凝固组织均匀、细小,EB熔炼的特性造就了最终棒材力学性能的稳定性。(EB+VAR)棒材的微观组织及力学性能均优于EB棒材,这与VAR重熔的成分均匀化有直接的关系。应用EB炉制备工业化Ti6242S钛合金铸锭的工艺,完全能够满足航空发动机关键零部件的使用要求。     

强制冷却对IC10合金激光熔覆组织与硬度的影响

为实现IC10定向凝固高温合金高效、高质量的激光熔覆,开发了通水冷却装置实现激光熔覆过程中的强制冷却,研究了不同冷却条件对激光熔覆层定向凝固组织生长和硬度的影响. 结果表明,相较于无冷却条件,在同样激光熔覆工艺参数下采用强制冷却进行激光熔覆会改变熔覆层形貌,并提高柱状晶在熔覆层中的体积分数,有助于得到更多定向连续生长的柱状晶. 此外,强制冷却对于熔覆层各区域硬度无明显影响,但由于强制冷却条件下熔覆层中柱状晶增多,因此高硬度区域增大.     

Effect of electropulsing on anisotropy in strength of laser metal deposited Ti−6Al−4V alloy

The effect of electropulsing treatment on microstructure and mechanical strength of laser metal deposited Ti?6Al?4V alloy was investigated in order to eliminate the anisotropy in strength of laser metal deposited Ti?6Al?4V alloy by tensile tests, optical microscopy, scanning electron microscopy, electron back-scattered diffraction analyses and transmission electron microscopy. With increasing applied voltages from 0 to 130 V, the evolution of microstructure within columnar β grains followed the sequence of α′ martensite → colony α structure → basket-weave α structure. The electropulsing treated at 130 V weakened the texture of martensite within β grains. The as-built Ti?6Al?4V alloy showed an anisotropy in yield strength (6.2%). After processing at 130 V, the anisotropy in yield strength was reduced to 0.6%, which was attributed to the almost equivalent distribution of Schmid factor in the samples deformed along different orientations.