GH4169合金激光增材制造过程热-力发展数值模拟

为解决GH4169合金激光增材制造过程中变形甚至开裂的问题,采用直接耦合热弹塑性有限元方法对GH4169合金单道多层墙体激光增材制造过程温度和应力演变进行仿真分析。计算表明,激光增材过程沉积试件经过快速加热和凝固冷却过程,温度变化速率超过1×10~5℃/s。热循环温度峰值超过2 500℃,最高达2 876℃。激光沉积扫描过的区域因冷却收缩受到约束产生较高的应力。后道沉积时激光扫描到的区域温度再次升高,先会释放前道沉积形成的应力,随着温度降低会造成更大的应力。热源加载结束的一瞬间沉积层与基板连接的部分温度存在反常增加的现象。沉积层残余应力以拉应力为主,高达875 MPa,沿沉积方向的应力分量最大。基板在与沉积层结合部位附近残余应力达到800 MPa左右,与其相对应的远处分布有残余压应力。     

同轴送粉激光增材中扫描速度和基板预热对残余应力的影响

基于顺序热力耦合方法，以铸态K4169合金为基板，进行高温合金GH4169的单道单层激光增材制造的数值仿真，深入分析了激光扫描速度和基板预热对残余应力的影响。结果表明，降低扫描速度可明显降低沉积层与基板结合处在降温过程中的横向平均温度梯度，而对纵向平均温度梯度几乎没有影响，因此可得降低扫描速度对横向残余应力有比较明显的影响，但对纵向残余应力影响很小。提高基板预热温度可明显降低沉积层与基板结合处在降温过程中的横向和纵向平均温度梯度。考虑到工艺参数的改变本质上是通过温度场变化对残余应力产生影响，构建了峰值温度、平均温度梯度与横、纵向残余应力之间的函数关系。分析显示，横向残余应力对峰值温度的影响更为敏感，而纵向残余应力对平均温度梯度的影响更为敏感。     

圆环构件增材制造残余应力模拟及尺寸效应分析

采用顺序热力耦合有限元模型对圆环构件激光沉积增材制造过程残余应力和残余变形进行数值模拟。在对直板激光沉积增材制造残余应力验证的基础上,对不同激光移动速度、不同尺寸环状构件激光沉积增材制造过程残余应力变化进行了系统的讨论研究。模拟结果表明,激光沉积增材制造后,环形构件残余变形以增材层径向向内弯曲和基板竖向向下弯曲为主;增材层残余应力依然以环向和竖向残余应力为主,最大拉伸残余应力接近材料屈服点。激光移动速度的减小将极大的影响增材层残余应力的分布,提高中间增材层内、外侧环向残余应力,并使得增材层径向向内弯曲量减小。在相同工艺下对不同尺寸环状构件进行激光沉积增材制造,环状构件截面内环向和纵向拉伸残余应力区域均将随构件尺寸的增大而增大,这与构件在经历多次热循环过程中的冷却速度有关。制造过程中可采取提高环境温度、降低冷却速率等方式降低大尺寸构件截面内拉伸残余应力,以提高激光沉积增材制造构件后期服役性能及安全性。     

激光冲击处理对GH4169合金应力回火稳定性的影响

利用激光冲击波对GH4169合金表面进行了强化处理,通过扫描电镜观察了激光冲击处理后其表面形貌的变化,用X射线应力仪测定了激光冲击处理后GH4169合金600℃和800℃回火处理后残余应力分布规律,并分析了残余应力产生机理.结果表明,激光冲击处理后GH4169合金残余压应力为-400 MPa以上;在800℃回火处理使残余应力值下降20%,600℃回火处理对其残余应力没有影响,回火稳定性较好.     

冷却方式对GH4169合金显微组织和残余应力影响规律研究

通过多组不同冷却方式的冷却试验,得出冷却方式对固溶态GH4169合金组织与残余应力的影响规律,并与固溶、固溶+时效后的残余应力进行对比。结果表明:随着加热温度的升高,晶粒尺寸增大,δ相含量减少;冷却方式对GH4169合金的晶粒尺寸影响较小;随冷速增加,δ相含量降低。随冷却速率的增大和初始温度的降低,残余应力增大。时效处理可有效降低GH4169合金的残余应力水平。     

预热下激光沉积修复GH4169合金表面损伤的残余应力和拉伸性能

结合GH4169高温合金表面损伤的修复需求,研究基体预热对不同基体厚度的激光沉积修复GH4169高温合金试样残余应力、显微组织、拉伸性能的影响规律。结果表明:与未预热修复试样相比,基体预热300℃的GH4169合金激光沉积修复试样的残余应力σx、σy均明显降低,修复区枝晶间析出的Laves相变得粗壮并呈现颗粒状的碎化趋势,抗拉强度略微降低,但断后伸长率提高60%以上,达到锻件标准。基体厚度越大,修复体厚度越小,修复试样的残余应力减小,枝晶间析出的Laves相减少,抗拉强度与断后伸长率均略有增加。     

Ti-6Al-4V电弧熔丝增材辊轧复合制造的有限元模拟

增材制造过程中在凝固、冷却阶段因骤热骤冷而易于产生较大的残余应力,进而影响部件的成形和使用。在增材过程中引入辊轧工序,可望改变局部应力状态并降低宏观残余应力,进而改善部件宏观变形和微观组织形态。通过建立Ti-6Al-4V钛合金电弧熔丝增材与层间辊轧复合成形过程的有限元模型,研究在圆柱形轧辊条件下,不同压下量对部件温度、应力、应变及残余应力分布的影响规律。结果表明,层间辊轧可显著降低沉积层金属中的残余应力;同时降低对基板的整体应力。采用圆柱形轧辊并增加压下量可显著降低残余应力,为复合增材工艺的优化指明了方向。     

Ti-6Al-4V电弧熔丝增材轧制复合制造的有限元模拟

增材制造过程中由于在凝固及随后的冷却阶段易产生残余应力,从而影响部件的成形和使用。在增材过程中引入轧制工序,可望降低宏观残余应力,从而降低部件的变形。本文通过建立Ti-6Al-4V钛合金电弧熔丝增材与层间轧制复合成形过程的有限元模型,研究圆柱形轧辊条件下不同压下量对部件温度、应力、应变及残余应力分布的影响规律。结果表明,层间轧制可显著降低沉积层金属中的残余宏观应力；同时降低对基板的整体应力。采用圆柱形轧辊并增加压下量可显著降低宏观残余应力,还可以通过塑性变形改变材料的微观组织,提高材料性能,为复合增材工艺的优化指明了方向。     

基于二维面探的高温合金GH4169残余应力分析

目的 通过二维面探X射线衍射法测试高温合金GH4169的残余应力.方法 由于GH4169是Ni基高温合金,Ni合金在Cr靶下有较强衍射峰,因此采用Cr靶来测试GH4169合金的残余应力.二维面探仪有500个探测头,均匀分布在一个面上,根据每一个探测器测得的衍射角变化,就能得到500个方向上的应变值,再根据应力与应变之间的关系,就可以计算出材料的残余应力.结果 GH4169合金的德拜环只有一个衍射峰,而且衍射峰的强度随着角度α的变化而变化.这说明该材料的应力取向不均匀,存在较为明显的织构.该材料表面主应力方向上的残余应力测试值为-968 MPa,误差为62 MPa;切向上的残余应力测试值为24 MPa,误差为43 MPa.由于测试的GH4169合金是经过喷丸处理的,主应力方向上受残余压应力,而其测试结果 确为负值,说明此次测试结果 可信.结论 通过二维面探X射线衍射方法 测试材料残余应力从原理和实际操作上都是可行的,并成功测试出GH4169合金的残余应力.经喷丸处理后的GH4169材料受残余压应力的作用,且应力分布不均匀,存在较为明显的织构.     

成形气氛对大气环境下激光修复GH4169组织与性能的影响

激光制造高性能GH4169镍基合金通常在密闭环境下进行,导致部件加工尺寸受限和成本增加。为了拓宽激光增材制造和再制造GH4169合金的应用,本文尝试在大气环境不同气氛（Ar、N2）下进行激光修复实验。结果表明,在大气环境Ar气氛下,修复层主要由γ相和长链状Laves相组成,呈典型的柱状晶组织,其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为874 MPa、621 MPa和23.1 %。在大气环境N2气氛下,由于其热导率更高,熔池冷却速率更快,修复层主要由γ相、尺寸与体积分数更小的颗粒状Laves相以及（Ti,Nb）N颗粒相组成,呈细化的枝晶组织,其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为935 MPa、649 MPa和24.9 %。由于细晶强化和第二相析出强化的共同作用,在大气环境N2气氛下可成功实现对GH4169合金低成本、高效率的激光修复。     

胫骨生物陶瓷复合材料的微结构增韧机理

扫描电镜观察显示胫骨是一种由羟基磷灰石和胶原蛋白组成的自然生物陶瓷复合材料.羟基磷灰石具有层状的微结构并且平行于骨的表面排列.观察也显示这些羟基磷灰石层又是由许多羟基磷灰石片所组成,这些羟基磷灰石片具有长而薄的形状,也以平行的方式整齐排列.基于在胫骨中观察到的羟基磷灰石片的微结构特征,通过微结构模型分析及实验,研究了羟基磷灰石片平行排列微结构的最大拔出能.结果表明,羟基磷灰石片长而薄的形状以及平行排列方式增加了其最大拔出能,进而提高了骨的断裂韧性.     

钢材打捆机控制系统智能化技术的研究

钢材打捆机是一种用于轧钢精整工艺的新型自动化设备，其控制系统基于SiemensS7 PLC和TP7触摸屏。系统的智能化技术主要包括：液压高低压自动控制、在线监视、离线故障检测、多台设备协同工作、可视化人机交互技术。本文描述了这些技术的原理与实现方法。     

面向零件形状的计算机图形库的开发

论述了CAD技术中参数化设计的三种建模方法，重点介绍了基于特征的参数化建模原理。在此基础上，分析机械设计中的机构结构，归纳出其零件的几何特征构成。设计了机构CAD图形库，并提出了该图形库生成步骤和人机交互界面。     

FeCrAIW电弧喷涂层组织的致密化研究

采用激光辐照对FeCrAlW电弧喷涂层的组织进行致密化处理,借助扫描电镜和X衍射对涂层的组织进行了分析.测试了涂层的显微硬度.结果表明:涂层组织致密度提高,孔隙率明显降低.随着激光扫描速度的增加,涂层的显微硬度降低.在较低的扫描速度下,涂层与基体之间形成互熔区,涂层与基体之间产生良好的冶金结合.     

Role of Martensite-Austenite Component of Bainitic Structure in Formation of Properties of Pipe Steel. 1. Effect of Parameters of TMT

Metal Science and Heat Treatment - The effect of parameters of hot rolling and controlled cooling on formation of the martensite-austenite component of bainitic and ferritic-bainitic structures in...     

V法造型主要设备常见故障分析

V法造型工艺在铸造行业已经被广泛应用,但V法造型设备的发展却比较缓慢。由于非标设备的缘故,设备在安装调试和使用过程中,经常发生故障,影响设备的正常使用。本文列举了V法造型设备经常出现的故障,分析了故障的原因和解决方案。