间接选择性激光烧结与选择性激光熔化对比研究

采用选择性激光烧结（Selective laser sintering，SLS）和选择性激光熔化（Selective laser melting，SLM）工艺，分别进行了铁基合金粉末的快速成形试验，对比分析了SLS与SLM成形机理、相应的工艺参数以及它们对测试件成形过程、金相组织与力学性能的影响。结果表明：由于成形机理不同，相对于SLS技术，采用SLM能够制造高致密度、组织均匀、力学性能良好的金属零件，但容易出现翘曲变形、裂纹与球化现象。通过制定合适的材料与工艺参数能够避免上述缺陷。     

Mo、V和Ag对粉末冶金Ti-5Al合金组织与力学性能的影响

采用元素混合法制备粉末冶金Ti-Al-Mo-V-Ag合金,通过金相观察、扫描电镜及力学性能测试等方法研究Mo、V和Ag的添加及烧结温度对Ti-5Al合金的烧结行为、显微组织与力学性能影响,并对其作用机制进行探讨.结果表明1350℃烧结时,V与Mo的添加能改善烧结合金的压缩强度,单独添加Ag时,则降低基体合金的综合性能,但当Ag与Mo、V同时添加到基体合金中时,改变合金的显微组织,提高烧结合金的致密度与抗压缩强度,致密度能达到96%,抗压缩强度达到1782MPa.同时,烧结温度不同时,相同成分的粉末冶金Ti-5Al合金的显微组织与性能也表现出不同的特征.     

固态粉末的选择性激光烧结

本文阐述了固态粉末的选择性激光烧结的各种方法。讨论了激光器及其加工参数对固体粉末烧结的影响。     

放电等离子烧结预合金粉末法制备生物医用近β钛合金的组织演变和力学性能

本研究利用放电等离子烧结(SPS)预合金粉末的方法,成功制备出生物医用的近β钛合金Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn (wt %)。 近β钛合金的预合金粉末利用等离子旋转电极法制备,粉末的凝固组织主要是由β相主导的不发达的树枝晶组成,同时存在少量的β相单晶组织粉末球。1000℃/5min/50MPa条件下的SPS可以完全致密化近β钛合金的预合金粉末,并且消除原始的凝固偏析结构。β单相区固溶处理后,合金组织由β相和α″相组成,合金的拉伸强度达到815MPa,延伸率达到14%,同时具备62GPa较低的弹性模量。进一步500℃时效处理,合金组织中产生大量的纳米针状α相,使得合金的拉伸强度达到1015MPa,同时具备较好的延伸率和中等的弹性模量。然而,应当避免过低的时效处理温度,防止脆性ω相的析出。     

新型医用钛合金Ti-39Nb-6Zr显微组织和力学性能的研究

通过室温拉伸试验、光学显微镜、透射电镜等分析方法,研究热处理工艺对Ti-39Nb-6Zr合金显微组织和力学性能的影响.实验结果表明:合金在900℃固溶0.5h后,抗拉强度和屈服强度随冷却速率降低而升高,即抗拉强度值大小关系为:水淬<空冷<炉冷;合金在350℃低温时效后弥散析出ω相,ω相为高温时效时α相析出提供有利形核位置,有利α相均匀析出,α相有强化基体作用,能提高合金强度和弹性模量,当热处理制度为900℃×0.5h,AC+350℃×4h+450℃×24hAC时,合金抗拉强度、屈服强度最大,分别为710和670MPa,弹性模量为65.4GPa.     

选择性激光烧结技术在医学上的应用

简述了选择性激光烧结技术(SLS)和熔化技术(SLM)的成型原理及其在生物医学领域的应用,重点介绍了SLS在医学模型、植入体和赝复体、组织工程支架及药物传送装置等方面的应用,并对SLS和SLM技术的研究与发展方向进行展望。     

激光快速成形Ti-6Al-4V合金力学性能

采用实验研究的方法，对激光快速成形Ti-6Al-4V合金的力学性能进行了探讨。结果发现：和锻造件相比，激光快速成形沉积态Ti-6Al-4V合金的拉伸性能具有高强低塑特点和更显著的各向异性；成形试样的组织、氧含量和冶金缺陷都将影响到拉伸性能，其中组织的影响最显著，其次为氧含量和熔合不良缺陷：对于氧含量符合GJBGJB2921-1997标准的激光快速成形Ti-6Al-4V合金，经固溶时效热处理后所获得的网篮组织综合性能最好，不论是强度指标还是塑性指标都高于锻件标准。     

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.     

激光烧结/等温锻造TC17粉末钛合金的组织与性能

采用激光烧结(LS)+等温锻造复合工艺制各出优质粉末TC17钛合金材料,并研究了工艺过程对合金组织性能的影响.结果表明:激光烧结后的TC17合金微观组织主要由粗大β柱状晶粒组成;经相变点上、下等温锻造及热处理后,激光烧结的魏氏组织能够被有效地破碎,显微组织主要由条状和细小等轴a相组成;仅经相变点以下等温锻造及热处理后,合金组织主要由细小等轴a相组成,但由于变形不均,仍存在有少量的原始β晶粒边界.经过等温锻造、熟处理后,激光烧结合金的室温强度变化不大,但塑性大大提高,强度和塑性得到了良好地匹配.     

粉末烧结制备的生物医用多孔钛合金的力学性能

钛及钛合金由于具有优秀的抗腐蚀性、生物相容性、低密度和高的比强度等特性,而被应用于生物医学方面.然而,与人骨相比,钛合金的杨氏模量较高,可达100 GPa～110 GPa,而人骨的杨氏模量只有10 GPa～30 GPa.此外,人骨的拉伸强度、压缩强度和抗弯强度都比钛及钛合金低得多.这些力学性能上的差异使得植入件和骨的界面处成为体内负修复和骨治疗时的裂纹源.如果将钛及钛合金的杨氏模量降低到与人骨的相近,那么这些问题就不存在了.降低钛及钛合金的杨氏模量有2种途径：①是合金化;②是制备多孔材料.本研究将从这2点出发开发低模量的钛合金.     

后处理对选区激光熔化成形K536合金显微组织及力学性能的影响

采用选区激光熔化技术成形K536合金并对其进行后处理,分别分析了沉积态、退火态、退火+固溶态、退火+固溶+热等静压态合金试样的显微组织和力学性能.结果表明:沉积态试样横、纵向截面均产生微裂纹;退火态试样的横向截面组织为等轴晶,纵向晶粒形态为柱状晶,且晶粒尺寸波动较大,形成了交替分布的细晶区和粗晶区;退火+固溶态试样发生...     

放电等离子烧结制备医用多孔锌镁合金的孔隙特征和力学行为

采用放电等离子烧结技术制备多孔Zn-Mg合金探讨了Mg含量对多孔合金孔隙特征和力学性能的影响,并分析了多孔Zn-Mg合金的断裂失效机制。结果表明,在造孔剂 (NaCl) 体积分数固定前提下当Mg含量从5 wt.%增加至15 wt.%,由于在去除造孔剂的过程中去合金化作用,孔隙率从40.3 %提升至54.3 %,表面开孔直径从289 μm增加到384 μm。力学测试结果表明,多孔Zn-Mg合金为一种弹脆性多孔材料;三种组分中多孔Zn-10Mg合金力学性能最好,其强度与弹性模量均能满足作为承受低载荷松质骨的需求。     

Parameter optimization of microwave sintering porous Ti-23%Nb shape memory alloys for biomedical applications

Porous Ti-23%Nb (mole fraction) shape memory alloys (SMAs) were prepared successfully by microwave sintering with excellent outer finishing (without space holder). The effects of microwave-sintering on the microstructure, phase composition, phase-transformation temperature, mechanical properties and shape-memory effect were investigated. The results show that the density and size of porosity vary based on the sintering time and temperature, in which the smallest size and the most uniform pore shape are exhibited with Ti-23%Nb SMA after being sintered at 900 °C for 30 min. The microstructure of porous Ti-Nb SMA consists of predominant α″, α, and β phases in needle-like and plate-like morphologies, and their volume fractions vary based on the sintering time and temperature. The β phase represents the largest phase due to the higher content of β stabilizer element with little intensities of α and α″ phases. The highest ultimate strength and its strain are indicated for the sample sintered at 900 °C for 30 min, while the best superelasticity is for the sample sintered at 1200 °C for 30 min. The low-elastic modulus enables these alloys to avoid the problem of “stress shielding”. Therefore, microwave heating can be employed to sinter Ti-alloys for biomedical applications and improve the mechanical properties of these alloys.     

热处理时间对激光选区成形TC4钛合金组织及力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和电子万能试验机研究固溶时效工艺中时间参数对激光选区成形(SLM)TC4(Ti6Al4V)钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,退火态的SLM成形TC4钛合金的显微组织主要由连续的晶界α相(α_GB)、网篮状α相和β转变组织组成。经固溶时效处理后,试样的显微组织均呈现为网篮组织。在固溶温度为920 ℃,时效工艺为550 ℃×3 h,空冷的条件下,随着固溶时间从2 h增加为6 h,初生α相粗化明显,部分α_P相的晶粒长度可达16 μm;片状α相也发生粗化,晶粒长度由5~15 μm增长至20~30 μm,连续的晶界α相(α_GB)变得不连续,晶粒宽度由2.7 μm增长为4.4μm;同时,组织中出现了尺寸较大的α集束。试样的强度由1045.2 MPa增加为1156.9 MPa,断后伸长率由13.6%降低为6.7%。在时效温度为550 ℃,固溶工艺为920 ℃×2 h,水淬的条件下,随着时效时间从3 h增加为8 h,β转变组织的占比增加,初生α相的长度由40~60 μm减少为30~40 μm,晶界处连续的α_GB相晶粒宽度由2.7 μm增长为4.5 μm;片状α相稍有粗化,而试样的力学性能变化不大。因此,对于SLM成形TC4钛合金而言,在920 ℃固溶温度及550 ℃时效温度下,改变固溶和时效时间参数难以获得双态组织,且对综合力学性能的提高无显著影响。     

热处理对激光选区熔化成形Inconel 718合金显微组织结构和力学性能的影响

主要研究了激光选区熔化(selective laser melting,SLM)成形Inconel 718合金经固溶时效(SA)、均匀化+固溶时效(H+SA)、热等静压+固溶时效(HIP+SA)3种热处理后显微组织结构的转变与力学性能之间的关系.结果表明,沉积态试样的晶粒内部存在大量树枝晶结构,枝晶间析出了大量硬脆La...     

退火工艺对激光选区熔化成形Ti6Al4V合金组织及室温力学性能的影响

以Ti6Al4V球形粉末为原料,利用激光选区熔化成形方法制备了Ti6Al4V合金试样,采用光学显微镜、扫描电镜及力学性能测试等手段,研究了退火工艺对Ti6Al4V合金室温力学性能及组织的影响规律。结果表明: SLM成形沉积态Ti6Al4V合金室温抗拉强度超过1200 MPa,而平均断后伸长率仅为4.0%;在650 ℃下进行真空退火处理,合金的抗拉强度仍保持在1200 MPa左右,规定塑性延伸强度R_p0.2高于1150 MPa,但试样的断后伸长率<10%;而在750及800 ℃下进行真空退火处理,合金试样的抗拉强度降至1100 MPa左右,规定塑性延伸强度高于1050 MPa,伸长率达到甚至超过10%,材料的综合强韧性得到明显提升。随着真空退火加热温度和保温时间的增加,SLM成形Ti6Al4V合金原始β晶界逐渐变模糊,晶粒趋向于等轴化。与此同时,快速冷却转变的α′针状马氏体未出现明显地粗化。     

医用多孔Ti-10Mo合金的制备及力学性能

以元素粉末为原料添加造孔剂碳酸氢铵,采用粉末冶金模压烧结技术制备了多孔Ti-10Mo合金,探讨了烧结工艺与造孔剂含量对合金组织、孔隙特征和力学性能的影响规律。结果表明,在1300℃烧结可制备出具有典型魏氏体组织、孔隙分布均匀的多孔Ti-10Mo合金材料;随着造孔剂含量增加,合金孔隙率增加,孔径变大孔壁变薄,当造孔剂含量达到50%,孔隙结构互相贯通,孔径尺寸大幅增加;添加50%~60%造孔剂,制备Ti-10Mo合金孔隙率为62.8%~66.9%,平均孔径尺寸为485.6~545.9μm,其弹性模量为2.9~1.3 GPa,抗压屈服强度为129.2~56.1 MPa。     

Heat-treated microstructure and mechanical properties of laser solid forming Ti-6Al-4V alloy

The effects of heat treatment on the microstructure and mechanical properties of laser solid forming (LSF) Ti-6Al-4V alloy were investigated. The influences of the temperature and time of solution treatment and aging treatment were analyzed. The results show that the microstructure of LSFed samples consists of Widmanstätten α laths and a little acicular in columnar prior β grains with an average grain width of 300 µm, which grow epitaxially from the substrate along the deposition direction (Z). Solution treatment had an important effect on the width, aspect ratio, and volume fraction of primary and secondary α laths, and aging treatment mainly affects the aspect ratio and volume fraction of primary α laths and the width and volume fraction of secondary α laths. Globular α phase was first observed in LSFed samples when the samples were heat treated with solution treatment (950°C, 8 h/air cooling (AC)) or with solution treatment (950°C, 1 h/AC) and aging treatment (550°C, above 8 h/AC), respectively. The coarsening and globularization mechanisms of α phase in LSFed Ti-6Al-4V alloy during heat treatment were presented. To obtain good integrated mechanical properties for LSFed Ti-6Al-4V alloys, an optimized heat treatment regimen was suggested.