激光增材制造DD98M高温合金组织及稳定性研究

采用激光增材制造技术制备了DD98M镍基高温合金管状试样,研究了其沉积态、固溶时效态和长期时效态微观组织变化,对比分析了沉积态和固溶时效态试样中γ'相尺寸分布及在1000℃长期时效时γ'相的演化规律。结果表明:沉积态组织主要由外延生长的微细柱晶组成,枝晶间无γ-γ'共晶组织析出,试样中γ'相体积分数约为70%。合金中元素微偏析造成了枝晶干和枝晶间γ'相尺寸差异,其中枝晶干处为210 nm,枝晶间为560 nm。经固溶时效处理后,γ'相(约370 nm)均匀分布在γ基体上,其尺寸分布符合LSW模型。经1000℃长期时效500 h后,合金组织中无TCP相(拓扑密排相)生成,γ'相仍保持立方形貌,其尺寸几乎保持不变。固溶时效处理后,合金显微硬度从沉积态时的4420 MPa增加至4870 MPa,长期时效能降低合金硬度,降幅约5.9%。     

热处理对激光熔化沉积TC17钛合金显微组织及力学性能的影响

激光熔化沉积(LMD)TC17钛合金在航空航天领域具有广阔的应用前景,其沉积态试样强度较高但塑性较差,为了改善其综合力学性能,首先对LMD TC17钛合金进行退火处理,结果表明随退火温度升高α相含量逐渐减小,α片层粗化,塑性升高而强度下降,且退火后LMD TC17钛合金拉伸性能未达到盘件技术标准。进一步研究固溶时效对其组织性能的影响,固溶温度升高将使初生α相(αP)相含量降低、αP片层粗化;时效温度升高使次生α相(αS)粗化。拉伸性能受αP、αS相含量、α片层厚度等因素影响,β基体上均匀弥散析出细小αS的组织将有利于提高强度,αP含量增加、组织粗化有利于提高塑性,通过800℃/4h固溶处理后水淬以及630℃/8h空冷热处理可以使LMD TC17钛合金获得较优的强塑性匹配,拉伸性能达到盘件技术标准。     

激光快速成形TA15钛合金氩弧焊接头组织及力学性能

对激光快速成形TA15钛合金与轧制TA15钛合金薄板进行了氩弧焊接试验,观察分析了焊接接头各区域组织特征,测试了焊接接头各区域的显微硬度以及室温拉伸性能.结果表明,激光快速成形件与轧制薄板氩弧焊焊缝凝固组织是具有粗大片状α+β组织特征外延定向生长的柱状晶.轧制件对焊接热影响敏感性强,热影响区晶粒发生严重长大现象,激光成形件靠近焊缝热影响区晶粒转变为等轴晶,距焊缝较远的热影响区仍保持柱状晶.激光成形件热影响区硬度最高,焊缝区及轧制件热影响区的硬度最低.焊接接头抗拉强度低于母材,塑性与轧制件相当,断裂位置位于轧制件热影响区.     

高性能大型金属构件激光增材制造技术研究现状与发展趋势

高性能大型金属构件激光增材制造技术,将"高性能金属激光熔化/快速凝固材料制备"与"大型构件近净成形制造"结合,为航空、航天、船舶、电力、石化、海洋工程等高端装备中大型难加工金属构件的制造提供了新途径。综述了北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室在钛合金等高性能大型关键承力构件激光熔化沉积增材制造技术方向的主要进展:突破以"凝固晶粒"、"内部缺陷"及"显微组织"为核心的钛合金大型关键主承力构件激光增材制造"质量性能"控制瓶颈难题;提出系列激光增材制造工艺新方法,揭示激光增材制造过程内应力形成机理与演化规律,初步建立"变形开裂"预防方法;研制出具有原创核心关键技术的系列化大型激光增材制造工程化成套装备;自主制定了整套应用技术标准体系。北航团队研究成果在国家大型运输机、舰载机、大型运载火箭等重大装备研制生产中的工程应用,为解决装备研制生产制造瓶颈难题、提升装备结构设计制造水平、促进装备快速研制等发挥了重要作用,同时使我国在此领域处于国际领先地位。     

激光熔化沉积4045铝合金显微组织及显微硬度

采用激光熔化沉积技术制备了4045铝合金薄壁试样,研究了沉积试样热处理前后的显微组织演化,并测试其显微硬度。结果表明,沉积试样显微组织具有定向快速凝固特征,由Al枝晶和Al-Si共晶组成,其一次枝晶间距约22.3μm,二次枝晶间距约7.5μm,体积分数约42.7%,沉积试样顶部出现柱状树枝晶向等轴树枝晶转变。当前沉积层从底部到顶部冷却速度的降低导致Si相从珊瑚形貌向片状形貌转变,足够高的重熔率能保证后续沉积层重熔掉当前沉积层顶部片状Si相,以获得变质效果良好的珊瑚形貌Si相,热影响作用使紧邻熔合线过热区的珊瑚形貌Si相发生粗大等轴粒状化,导致其显微硬度低于层内区。珊瑚形貌Si相在540℃等温热处理保温20 min即可完成粒状化,并且随着保温时间延长,Si相发生粗化长大,显微硬度下降。     

增材制造钛合金凝固晶粒调控研究进展

钛合金由于比强度高、耐腐蚀好、高温性能好等优异的性能而广泛应用于航空航天、船舶、核电等领域。增材制造技术为大型整体关键钛合金构件的短周期、低成本制造提供了变革性途径,但增材制造产生的粗大柱状晶组织导致了构件的各向异性,限制了合金性能的充分发挥。进行晶粒调控以消除各向异性、提高力学性能成为近些年的研究热点。本文简述了增材制造钛合金构件典型晶粒形貌及形成机制,阐述了国内外在增材制造钛合金晶粒调控方面的研究进展,包括工艺参数优化、微合金化改性与新合金成分设计、外加能量场、后续热处理、新型增材制造工艺和多种方法复合等,总结了各类方法的调控机理和调控效果,对增材制造钛合金凝固晶粒调控的未来发展提出了思考与展望。     

氩弧焊修复激光成形TC11钛合金组织及高周疲劳性能

采用氩弧焊对沉积态激光成形TC11钛合金进行修复并进行双重退火热处理.观察分析了修复试样热处理前后各区域的组织,测试了高周疲劳极限并进行分析.结果表明,修复区宏观组织呈柱状晶形貌,热影响区和基材区呈柱状晶和等轴晶交替排列形貌.热处理前修复区和热影响区为超细针状α相分布在β相基体中,基材区为较细的网篮组织;热处理后各区域的微观组织均为板条状初生α相+β相转变组织,修复区初生α相长度显著大于其它区域.修复件高周疲劳极限下降约7.1%.断口分析表明:修复件疲劳源均为修复区气孔,气孔缺陷是疲劳性能下降的主要原因;疲劳源区呈α相解理、β相撕裂形貌.     

TiC添加量对激光增材制造MC碳化物增强Inconel625复合材料组织及性能的影响

利用激光增材制造技术制备了MC碳化物增强Inconel625复合材料,研究了TiC添加量对复合材料显微组织、显微硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明,添加TiC的复合材料的显微组织由枝晶状γ基体与枝晶间呈弥散分布的增强体组成。随着TiC添加量的增大,复合材料中一次枝晶间距逐渐减小,而枝晶间碳化物含量和显微硬度逐渐增大,抗磨损性能比Inconel625合金提高80%以上。当TiC的质量分数为1%时,复合材料的屈服强度和抗拉强度比Inconel625合金分别提高了21.9%和27.5%,但延伸率减小。     

航空航天用高品质3D打印金属粉末的研究与应用

作为金属3D打印的主要耗材,金属粉末对打印产品的质量有着至关重要的影响,航空航天、国防、医疗等领域精密复杂零件的3D打印对粉末性能,如粒度、形貌和纯净度等有着较高的要求。研究并介绍了航空航天领域3D打印用高品质镍基、钴基合金及钛合金等金属粉末的基本要求及主要制粉工艺;对两种常用的高质量金属粉末制备工艺真空感应熔炼氩气雾化法(VIGA)和等离子旋转电极法(PREP)进行了比较,指出VIGA法细粉收得率高,但存在空心粉和卫星粉;PREP粉球形度高、表面光洁、粉末粒度分布窄、流动性好、陶瓷夹杂少,在金属3D打印领域具有独特的优势。为进一步提高PREP粉的质量,应开发更新一代等离子旋转电极雾化制粉技术及装备,提高细粉收得率和生产效率。     

轧制+增材TC4合金电子束焊接接头组织与性能

研究了一种电子束焊接规范对轧制+增材TC4钛合金焊接接头组织影响,分析了焊后钛合金力学性能.结果表明,轧制侧热影响区合金组织变化较大,离焊缝中心距离越近,β转变组织含量增加,晶粒逐渐转变为等轴晶组织,等轴晶内有集束状马氏体α'相析出,越靠近焊缝等轴晶尺寸越大;增材侧热影响区组织形态变化较小,β晶粒形态保持柱状晶形态,无等轴晶区产生,晶内组织转变为马氏体α'相.焊缝两侧热影响区显微硬度变化趋势相同,均为越靠近焊缝中心,显微硬度越高,焊接重熔区硬度最高,达400 HV左右.焊接接头力学性能与TC4钛合金锻件相当,且断裂位置均位于激光沉积母材区域.