选区激光熔化工艺参数对燃料电池316L不锈钢双极板性能的影响

316L不锈钢材料具有耐蚀性好、成形性好、成本低等优点,在燃料电池金属双极板领域有着良好的应用前景.基于传统等材、减材加工方法难以成形复杂结构燃料电池双极板的瓶颈,使用选区激光熔化技术可实现复杂结构316L不锈钢双极板的成形制造.针对燃料电池不锈钢金属双极板的应用背景,系统研究了不同激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度)对所成形316L不锈钢材料微观组织及双极板所需耐蚀性和表面接触电阻的影响,并对比了传统锻造316L不锈钢与选区激光熔化316L不锈钢在显微组织和性能上的差异.结果 表明,选区激光熔化成形316L不锈钢的致密度随着激光功率的增大而增大,随着扫描速度的增大而减少,并在激光功率为300W,扫描速度为1500～2000 mm/s时达到最大值.相比于具有等轴晶特征的锻造不锈钢试样,选区激光熔化成形不锈钢试样柱状晶组织有利于降低晶界对电流的阻碍作用,从而降低了表面接触电阻;同时,随着样品表面粗糙度的提高,选区激光熔化成形不锈钢试样的表面接触电阻降低.致密度高的选区激光熔化成形不锈钢试样的耐蚀性优于锻造成形不锈钢试样,且随着致密度的减小,选区激光熔化成形试样的耐蚀性逐渐降低.本研究结果表明选区激光熔化成形316L不锈钢材料可用于燃料电池金属双极板.     

列车车体SUS301L-HT不锈钢动态力学性能及其对结构吸能特性的影响

对SUS301L-HT不锈钢材料分别进行了准静态拉伸试验和动态冲击拉伸试验,以获得不同应变率下的材料本构关系。为准确地描述SUS301L-HT不锈钢材料的动态力学性能,采用了列表插值法,并通过对比有限元对标和试验数据来验证该方法的可靠性。以典型薄壁吸能结构为载体,采用2种材料参数,对比分析了SUS301L-HT不锈钢材料的动态力学性能对结构吸能特性的影响。研究结果表明：SUS301L-HT不锈钢具有明显的应变率强化效应,随着应变率的增大,材料的塑性硬化能力降低,表现出明显的温度软化效应;列表插值法相比动态本构模型能更好地描述SUS301L-HT不锈钢的动态力学性能,且采用列表插值法得到的结果与试验结果、有限元结果均有良好的一致性;列车碰撞的应变率属于中低应变率范围,对于SUS301L-HT不锈钢制成的车体吸能结构,考虑应变率效应的结构的实际吸能量要比不考虑应变率效应的相同结构的吸能量高,但初始峰值力相对较大。     

选区激光熔化316L不锈钢疲劳损伤非线性超声检测研究

疲劳损伤是影响选区激光熔化316L不锈钢服役安全的重要问题,基于经典的非线性超声理论,研究了疲劳加载条件下选区激光熔化316L不锈钢超声检测非线性系数随疲劳周期的变化规律。试验结果表明,当选区激光熔化316L不锈钢产生疲劳损伤后,超声波检测信号中二次谐波幅值明显增大,且超声非线性系数随着疲劳周期的增加呈逐渐增长趋势。因此,采用非线性超声检测方法对选区激光熔化316L不锈钢疲劳损伤进行检测是可行的。     

选区激光熔化制备不同孔结构不锈钢冲击性能仿真分析

采用316L不锈钢粉末基于选区激光熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)制备压缩试样,观测其宏观组织形貌,随后进行压缩实验,获得工程应力-应变曲线及材料参数;利用ABAQUS/STANDARD有限元分析模块模拟试样压缩过程,得出仿真工程应力-应变曲线,将其与实验工程应力-应变曲线比较,验证材料参数设置准确性;最后构建规则栅格孔结构模型与交错栅格孔结构模型,利用ABAQUS/EXPLICIT有限元分析模块模拟落体冲击实验与摆锤冲击实验。结果表明:相同宏观体积条件下,基于SLM制备交错栅格孔结构不锈钢材料在落体冲击实验中对冲击能的消耗高于规则栅格孔结构部件,而在摆锤冲击实验中冲击性能差异不显著。     

TC17钛合金在高温与高应变率下的动态压缩力学行为研究

采用微型分离式霍普金森压杆实验系统对TC17钛合金在高温、高应变率条件下的动态力学行为进行研究,测试材料的应力应变行为,分析实验温度、应变率和应变对其动态力学性能的影响规律。实验结果表明：当应变率为3000s-1时,TC17钛合金表现出明显的应变硬化效应,但在高温、高应变率条件下其应变硬化效应明显减弱;TC17钛合金具有应变率强化效应,但在温度升高过程中其应变率敏感性随着实验温度的升高而先减小后增大;实验温度对TC17钛合金的动态压缩力学行为的影响非常明显,温度敏感性因子随温度的升高大幅度增大。     

三维打印GP1不锈钢动态剪切力学性能研究

采用三维打印设备制备GP1不锈钢扁平帽型剪切试样，利用分离式霍普金森压杆技术加载，结合数字图像相关法开展三维打印GP1不锈钢动态剪切力学性能研究。研究结果表明，动态剪切试验可以获得有效的材料高应变率动态剪切应力剪切应变曲线，三维打印GP1不锈钢剪切加载状态下，应力应变曲线具有一定的应变率效应，动态屈服强度与对数应变率成线性关系，应变率敏感因数为186。     

激光选区熔化技术及其在个性化医学中的应用

激光选区熔化是一种精密金属增材制造技术,可以成形任意复杂的功能零件。个性化医学用品需要具有个性化的几何外形和良好的生物性能,为了探究激光选区熔化在个性化医学用品中的应用,采用DiMetal系列激光选区熔化设备成形医用金属材料如316L不锈钢、CoCrMo合金、Ti6Al4V,并对医用金属材料成形致密度、成形力学性能和几何结构成形性进行了研究。通过个性化设计和DiMetal系列激光选区熔化设备,设计与制造了个性化牙冠、舌侧正畸托槽、手术模板、全膝置换股骨远端假体、股骨近端假体、颅骨修复体等医学用品。研究证明DiMetal系列激光选区熔化装备、工艺可用于个性化医学用品的快速制造,这为个性化医学用品的快速响应设计与制造提供了一种新的手段。     

激光修复TC4钛合金材料动态力学性能

本文针对激光修复TC4钛合金和商用TC4钛合金基材两种试验材料,利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)装置,在室温下对两种材料进行动态压缩试验,得到了两种试样材料的真实应力-应变曲线。结果表明:SHPB试验后,两种试样都有明显的墩粗,并且部分试样破碎;两种试样材料都具有明显的应变率强化效应;另外,通过对比分析两种材料相同应变率下的应力-应变曲线,发现激光修复TC4钛合金的动态力学性能略优于商用TC4钛合金基材。     

热处理对17-4PH组织和性能的影响

本文研究了17-4PH不锈钢的热处理工艺,通过观察分析各个时效温度下的17-4PH不锈钢金相组织总结出时效温度对其金相组织的影响;再通过检测各个时效温度下的17-4PH不锈钢的各项机械性能指标分析总结得出热处理工艺对该钢种组织和力学性能的影响,最终确定合理的17-4PH不锈钢热处理工艺制度。     

汽轮机叶片激光淬火层耐水蚀性能研究

汽轮机末级叶片常用马氏体沉淀硬化型不锈钢17-4PH进行激光淬火强化处理,对强化处理后合金的动电位极化曲线进行了研究,研究了其耐水蚀性能的机理。结果表明,激光淬火后的17-4PH有明显的钝化区,滞后环面积及相对环面积,淬硬层的数值都比基体的小,不锈钢的点蚀敏感性大大降低,不锈钢的耐点蚀性能得到明显提高。     

轨道车辆SUS304不锈钢材料动态力学性能与本构模型修正

为研究轨道车辆车体常用SUS304不锈钢材料的动态力学性能,进行了0.0002 s-1～500 s-1宽应变率下的动态拉伸试验,得到了不同应变率下的应力应变曲线,结果表明在动态拉伸过程中该材料表现出应变硬化现象,应变率强化效应和一定的热软化效应.为准确描述该材料的动态力学性能,首先建立了该材料在室温下的Johnson-...     

TC4钛合金锻造/SLM增材组合制造结合区组织调控与力学行为研究

采用在锻造TC4钛合金上激光选区熔化增材制造TC4钛合金的组合制造工艺方法,制备了锻造/激光选区熔化增材组合制造TC4钛合金组织,在退火热处理状态下研究了锻造/激光选区熔化增材组合制造TC4钛合金结合区的组织特征和力学行为。结果表明:经过780℃×2h的退火热处理后,锻造/激光选区熔化增材组合制造TC4钛合金结合区可观察到一条清晰连续的界线,界线两侧显微组织分别呈典型锻造TC4钛合金、激光选区熔化增材制造TC4钛合金组织特征,无逐渐变化的特征。界面区域组织致密,与锻造或激光选区熔化增材制造TC4钛合金相比,未表现出更多微观缺陷。在拉伸位移方向平行于界面方向的条件下,锻造/激光选区熔化增材组合制造TC4钛合金结合区的屈服强度、抗拉强度低于激光选区熔化增材制造区域,高于锻造区域。在一定程度上展现了TC4钛合金锻造/激光选区熔化增材组合制造工艺方法的应用潜力。     

水液压柱塞泵柱塞副材料实验研究

以水液压柱塞泵为试验对象,采用17-4PH和1Cr17Ni2两种不锈钢材料与碳纤维增强型聚醚醚铜(CFRPEEK)作为柱塞副配对材料,进行整机的性能试验,并测量了柱塞副试验前后的尺寸变化,对比分析了两种配对副材料的摩擦学性能。试验结果表明,柱塞副材料为1Cr17Ni2/CFRPEEK的水泵容积效率、机械效率和总效率均高于柱塞副材料为17-4PH/CFRPEEK的水泵,1Cr17Ni2的耐磨性优于17-4PH,且CFRPEEK缸套比不锈钢柱塞更耐磨。总的来说,1Cr17Ni2/CFRPEEK摩擦副的摩擦学性能优于17-4PH/CFRPEEK的摩擦副。     

水泵叶轮在激光选区熔化成型加工中的几何误差研究

以316L不锈钢金属粉末为原料,利用激光选区熔化成型技术试制某潜水泵用叶轮。针对水泵叶轮激光选区熔化成型加工中出现的几何误差,分析水泵叶轮出现几何误差的原因。通过设计工艺试验,探究水泵叶轮在激光选区熔化成型加工中几何误差的产生规律,建立水泵叶轮的几何误差模型,确定引起水泵叶轮成型精度的主要因素有:切片处理产生的误差、激光深穿透产生的误差、外边框凸起产生的误差、材料收缩变形产生的误差、粉末的杂质引起误差和成型缸升降产生的误差,采用后处理和补偿成型缸位移量,解决水泵叶轮几何误差。研究结果表明:当成型缸位移量为0.02823 mm时,所成型的水泵叶轮加工精度符合制造要求。     

基于选区激光熔化温度场数值模拟的支撑结构优化

添加支撑结构在选区激光熔化中必不可少，零件的悬垂特征需要添加支撑结构，起到固定零件和散热的作用，若悬垂特征热量积聚过大，会导致翘曲变形、塌陷、残余热应力等缺陷。研究了支撑结构对选区激光熔化温度场的影响，并设计优化了一种具有良好综合导热性的支撑结构。首先建立选区激光熔化三维有限元模型；然后研究传统支撑结构对温度场的影响；最后基于数值模拟结果对支撑结构进行设计优化，并通过有限元分析和制造实验进行验证。实验结果表明，与传统的支撑结构相比，由新支撑结构支撑的薄板顶部烧结层平均节点温度最低、温差较小，可表现出良好的综合导热性，且薄板翘曲变形程度显著降低。     

激光选区熔化设备发展现状与趋势

激光选区熔化技术是金属3D打印中的一项重要技术,近几年得到了快速发展。从激光选区熔化设备厂商及其产品规格、设备结构原理及其发展方向等不同层面介绍了激光选区熔化设备近些年的发展,并结合目前发展现状提出了激光选区熔化技术未来发展趋势。     

17-4PH沉淀硬化不锈钢抗拉强度与硬度关系的分析

以17-4PH沉淀硬化不锈钢材料为研究对象,开展了拉伸试验和硬度检验,利用最小二乘法进行曲线拟合,结果表明17-4PH材料的洛氏硬度和抗拉强度存在强正相关关系,拟合的预测公式具有较强的显著性,可通过检验材料硬度对抗拉强度进行预测,达到节约材料、提高效率和保证产品质量的目的。     

大型金属构件激光选区熔化成形设备设计

激光选区熔化成形技术发展迅速,用于大尺寸复杂金属构件整体成形的激光选区熔化成形设备的需求增加,其结构形式的选择需要结合大尺寸零件及成形基板的装卸以及激光选区熔化成形技术的工艺特性综合考虑。阐述了一种大型金属构件激光选区熔化成形设备的设计思路,提出了该设备的结构方案,叙述了该设备结构的各功能部件组成及设计要点。     

轮轨材料应变率强化效应对其滚动接触行为的影响分析

采用有限元分析软件LS-DYNA显式算法,基于车轮/轨道钢应变率相关的动态本构关系,研究了不同列车速度下轮/轨钢材料应变率强化效应对其动态接触响应的影响。仿真结果表明,轮轨材料应变率效应对轮轨垂向接触力响应几乎没有影响,会导致车轮和钢轨的最大von Mises等效应力略有增大,能够明显抑制车轮的塑性变形但会加剧钢轨的塑性变形。     

切削过程应变率对材料塑性变形的影响研究

材料塑性变形在不同的应变率加载下服从不同的规律,为正确认识应变率对动态变形的影响,以位错运动分析为基础,推导了不同应变率下材料变形的黏性行为规律,通过霍普金森压缩(SHPB)和金属切削实验,获得了从10~2/s～10~5/s及以上应变率范围的塑性变形过程,研究了7075铝合金的应变率效应,总结了3个表征应变率效应的参量并提出相应的计算方法。发现塑性变形过程应变率增大到某临界值(大于10~4/s且小于1.5×10~4/s)后,7075铝的塑性变形控制机制将从热激活机制转变为位错阻尼机制,通过分析切削过程切屑的变形程度认为,材料充分变形与软化时间不足是产生应变率效应的主要原因。