Cu-Cr-Nb合金选区激光熔融工艺参数优化

采用选区激光熔融(SLM)对氩气雾化Cu-1.93Cr-0.74Nb(摩尔分数)合金粉末进行成形,研究激光功率、扫描速率和扫描间距等工艺参数对试样相对密度、熔池形貌和微观结构的影响。结果表明,SLM工艺参数对Cu-1.93Cr-0.74Nb合金相对密度、冶金缺陷和显微组织的影响呈现非线性关系。当激光功率由300 W上升至400 W时,或扫描速率由500 mm/s上升至1 100 mm/s时,成形件相对密度先升高后降低,孔洞数量和尺寸也呈现出类似的变化规律。相对密度与熔池道的连续性、孔洞数量和尺寸等密切相关。最优参数为激光功率330 W、扫描速率800 mm/s和扫描间距0.1 mm,所制备的Cu-1.93Cr-0.74Nb合金的相对密度达到99.3%,具有以大尺寸晶粒为中心,边缘分布着细小晶粒构成的双峰尺寸晶粒核壳结构和强{110}织构。织构指数和织构强度分别为9.319和7.812。     

选区激光熔化成形工艺参数对Fe20Cr5Al合金致密度和力学性能的影响

采用选区激光熔化(selective laser melting, SLM)成形技术进行3D打印,制备用于汽车尾气净化器载体的Fe20Cr5Al合金材料,采用响应曲面实验设计,系统研究打印参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)与打印件致密度的关系,获得SLM成形参数与致密度的关系模型以及成形参数与力学性能的关系模型,并获得最佳的SLM成形工艺参数。结果表明,SLM工艺参数对打印件致密度的影响程度按从大到小依次为激光功率、扫描速度、扫描间距;最佳的SLM成形工艺参数为:激光功率314.8 W、扫描速度1 700 mm/s、扫描间距0.06 mm,在此工艺参数下相对密度的预测值为99.74%,这与SLM成形实验结果的平均误差仅为0.16%,模型具有较高的可靠性,在优化工艺参数下的平均实际相对密度达到99.58%,抗拉强度为616.44 MPa,伸长率为1.513%。     

选区激光熔化工艺参数对气雾化 316L不锈钢粉末成形制品性能的影响

本研究系统考察了激光功率和扫描速度对316L不锈钢粉末选区激光熔化工艺成形熔道、制品微观组织及力学性能的影响,并分析了各类缺陷的形成原因。研究结果表明:在低激光功率和高扫描速度条件下,熔道中出现了大量球状颗粒,这些颗粒之间的空隙恶化了下一层粉末的熔化条件,这正是成形制品中熔道分布混乱以及孔洞、裂纹产生的根本原因,进而导致成形制品力学性能降低;在高激光功率和低扫描速度条件下,熔池快速升温/冷却的热应力作用增强,使得成形制品的熔道交界处也存在孔洞和裂纹等缺陷。在本研究实验条件下,激光功率为350 W,扫描速度为1750 mm/s时,SLM成形制品的力学性能最为优异,其中抗拉强度为731 MPa、屈服强度为638 MPa、断后伸长率为40.0%,致密度为96.27%。     

铜锡合金激光选区熔化非平衡凝固组织与性能

对具有重要工程应用价值的Cu?5%Sn合金进行激光选区熔化（SLM）成形,在激光功率160 W、扫描速度300 mm·s?1、扫描间距0.07 mm条件下,合金样品相对密度可达99.2%,熔池层与层堆积密实,表面质量良好。研究发现所获合金具有非平衡凝固组织特征,其中以α-Cu(Sn)固溶体相为主,且涉及具有超结构的γ相、δ相。显微形貌主要由柱状晶与富锡网状组织构成,伴随有不同尺度界面Sn元素偏析及晶界、晶内纳米尺寸超结构合金相颗粒析出。所获合金的力学性能与同成分铸态合金或较低Sn含量SLM合金相比得到显著强化,表面硬度可达HV 133.83,屈服强度326 MPa,抗拉强度387 MPa及断裂总延伸率22.7%。      

选区激光熔化增材制造高强度Al-Mg-Sc-Zr合金的微观组织与力学性能

以气雾化预合金粉末为原材料,采用选区激光熔化(selective laser melting, SLM)成形制备Al-Mg-Sc-Zr合金。采用光学显微镜、扫描电子显微镜及室温拉伸实验等研究激光功率对合金缺陷、微观组织及力学性能的影响。结果表明,SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金具有细等轴晶和粗柱状晶交替出现的混晶组织,在细等轴晶区存在明显的元素偏析和部分Al3(Sc,Zr)析出粒子钉扎晶界。当激光功率由260 W增大到380 W时,试样的孔隙率呈现先减少后增加的趋势,力学性能的变化趋势相反。在最佳激光功率300 W下,试样相对密度达99.4%,仅存在少量因液态金属供应不足造成的小尺寸圆形孔隙;抗拉强度、屈服强度与断裂伸长率分别为429.7 MPa、363.5 MPa和17.7%。经325℃时效处理10 h后,合金的抗拉强度、屈服强度与断裂伸长率分别达到530.1 MPa、506.4 MPa和9.0%。     

齿科用钛合金粉末粒度对激光选区熔化工艺适用性研究

激光选区熔化(SLM)是一种在医疗领域应用越来越广泛的3D打印工艺,用SLM技术打印齿科钛合金粉末,可以制作出个性化且具有复杂结构的口腔医疗器械。为了研究粉末粒度对SLM工艺的成形适用性,本研究选择了齿科用Ti-6Al-4V合金粉末作为成形材料,通过不同目数的筛网对粉末进行分级,得到不同粒度范围的钛合金粉末。采用EOS M280设备分别成形不同粒度范围的粉末,并对成形过程和成形件表面质量进行对比分析,得出当粉末粒度范围为15~53μm时,熔道连续无缺陷,成形件表面光滑平整,有金属光泽。该粒度范围粉末成形件的内部孔洞很少,强度和塑性均优于铸造件。粒度范围为15~53μm的齿科用钛合金粉末适用于激光选区熔化工艺。     

选区激光熔化成形Al-Ce-Sc-Zr合金的工艺优化与组织性能

以气雾化Al-10Ce-0.4Sc-0.2Zr(质量分数)预合金粉末为原料,采用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)法制备Al-Ce-Sc-Zr合金。通过光学显微镜和室温拉伸实验等研究激光功率和扫描速度对合金致密度与力学性能的影响,优化工艺参数;并采用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜等研究最佳工艺参数下SLM成形的合金共晶组织形貌、物相组成和晶粒尺寸等。结果表明,激光功率和扫描速度跟合金致密度和力学性能之间呈非线性关系;随激光能量密度升高,合金致密度和力学性能先上升后下降。在激光功率为350 W、扫描速度为2 000 mm/s的最优参数下成形的Al-Ce-Sc-Zr合金,致密度达到99.92%,抗拉强度和屈服强度分别为(441±3) MPa和(370±18) MPa,伸长率为(9.4±0.9)%。SLM成形Al-Ce-Sc-Zr合金具有柱状晶和等轴晶交替分布的晶粒组织,晶粒取向较随机,不存在明显的织构。合金由α-Al和Al₁₁Ce₃相组成,Sc、Zr原子主要以固溶的形式存在于α-Al中,共晶Al_11...     

镍铬合金选区激光熔化成形非水平悬垂结构的工艺策略试验研究

非水平悬垂结构是选区激光熔化(SLM)成形复杂零件中较为典型的结构,其成形缺陷如翘曲变形、悬垂物、挂渣等较多,故研究悬垂结构选区激光熔化(SLM)成形中的工艺缺陷,改变和优化工艺策略,提高悬垂结构打印的精度和质量,对SLM技术的大规模推广和应用具有积极的作用。研究了选区激光熔化成形试验中,在极限成形角度附近,不同激光功率(100, 150, 200 W)和不同扫描策略如线扫描、棋盘扫描、条形扫描策略下,镍铬合金钢成形悬垂结构的精度和表面质量。根据不同策略的比较结果,提出了"回"字形完全填充扫描策略,并进行了试验验证。试验表明:镍铬合金钢在极限成形角度附近成形的悬垂结构,能够保证良好的成形精度和工艺效果,基本避免了翘曲、悬垂物等缺陷的产生。比较明显的成形缺陷有表面未熔缺陷和上下悬垂面挂渣缺陷,这些缺陷严重影响了表面粗糙度和成形精度,采用缩小点距、线间距的"回"字形完全填充扫描策略可获得最低的表面粗糙度值和较好的成形效果。     

激光能量密度对选区激光熔化(SLM)制品性能的影响及其机理研究

选区激光熔化(SLM)影响制品性能的工艺参数包括激光功率、扫描速度等,上述因素可统一为激光能量密度(Laser Energy Density,LED)表示,激光能量密度的大小直接决定粉末的熔化状态,并最终影响SLM制品的性能。本文采用真空气雾化制备的GH4169粉末作为原料,设计了激光能量密度不同的对比实验,探讨了激光能量密度对于SLM制品的影响;建立了激光能量输入熔化粉末的计算关系,通过理论计算进一步研究了激光能量密度变化对制品产生影响的机理。研究结果表明:激光能量密度对于SLM成形制品存在影响,对于同种粉末,在一定参数范围内,激光能量密度越大的制品,其密度及硬度相对更高,而对于参数不同,激光能量密度相近的制品,粉末的熔化效果接近,密度及硬度水平相当;SLM工艺的主要影响因素为激光功率,扫描速度及粉末粒度,且激光功率对粉末熔化的影响相对较大,故对于相同成分及粒度粉末的SLM工艺参数优化而言,应当优先确定合适的激光功率,再调整扫描速度。     

球形MoRe14合金粉末激光选区熔化3D打印的工艺适配性

采用激光选区熔化3D打印技术制备了MoRe14合金制件。研究了激光扫描速度、激光功率对MoRe14合金组织及内部缺陷的影响。研究结果表明,采用激光选区熔化3D打印技术制备的MoRe14合金样品内部有明显的裂纹和孔洞存在。随着激光功率的升高或激光扫描速率的下降,激光能量密度提高,粉末颗粒间熔合更加紧密,样品内部孔隙减少,致密度提高,但是样品内容仍然存在一定孔洞、裂纹等缺陷。打印采用粉末冶金法制备的球形MoRe14合金粉末,激光功率为180 W,扫描速率为900 mm/s,扫描间距为0.07 mm时,MoRe14样品致密度最高,密度为10.6 g/cm³,相对密度为96.4%。     

激光选区熔化Ti6Al4V合金的工艺参数优化

孔洞、未熔粉、裂纹是在激光选区熔化制备试样过程中常见的缺陷,迄今为止,大量研究均集中在减少缺陷上,关于工艺参数对缺陷影响的研究较少。本文系统研究了工艺参数对激光选区熔化Ti6Al4V合金相对密度、表面粗糙度、力学性能的影响。结果表明,低激光功率、高扫描速度和高层厚将会引起不充分的粉末熔化以及球化效应。最佳工艺参数为激光功率200 W,扫描速度500 mm/s,层厚10 μm,扫描间距105 μm。在该参数下,试样的抗拉强度1077 MPa,屈服强度907 MPa。     

激光选区熔化纯钨防散射栅格的工艺及性能研究

为探究激光选区熔化(SLM)成形纯钨防散射栅格的最佳工艺参数，研究了不同工艺参数对于栅格试样的表面粗糙度、熔道厚度、压缩力学性能以及钨实体试样致密度、微观组织的影响规律。研究发现，栅格试样的表面粗糙度会随着激光功率和扫描速度的增加而增加，过高的激光功率容易产生球化现象。此外，激光功率的增加以及扫描速度的减小都会使得熔道的厚度尺寸增加，在200 W激光功率以及500 mm·s^-1扫描速度工艺条件下熔道厚度最为接近100μm的预设值。压缩测试结果表明，纯钨薄壁栅格件的抗压强度会随着激光功率的增加以及扫描速度的减小而增加，且试样最大抗压强度达到了172 MPa。实体试样的致密度会随着激光扫描速度增加而减小，并且随着激光功率的增加先增大再减小，最终在375 W激光功率以及500 mm·s^-1扫描速度工艺条件下获得98.36%的最大致密度。其构建方向组织多为柱状晶粒，并且晶粒会随着激光功率的减小以及扫描速度的增加而细化。最后根据探究的工艺参数对栅格熔道形貌及厚度尺寸的影响规律，通过工艺优化，在210 W-600 mm·s^-1以及3...     

铸铁表面激光熔覆1725/WC复合涂层工艺参数优化

采用激光熔覆技术在铸铁表面制备了1725/WC复合涂层,利用正交试验考察了激光功率、扫描速度及送粉率等因素对熔覆层稀释率和硬度的影响。结果表明：各因素对熔覆层稀释率影响的主次顺序为激光功率>送粉率>扫描速度。对熔覆层表面显微硬度影响的主次顺序为送粉率>激光功率>扫描速度。最优工艺参数为激光功率2 000 W,扫描速度15 mm/s,送粉率10 g/min。按最优工艺制备的1725/WC复合涂层成形质量较好,WC分布较均匀,熔覆层的平均硬度(HV0.2)为483.0。     

316L不锈钢与CaSiO_3复合材料选择性激光熔化制备工艺

以纳米CaSiO_3粉末和316L不锈钢粉末为原料,利用高能球磨和选择性激光熔化(SLM)技术成功制备出316L/n CaSiO_3医用复合材料,并对其进行微观组织观察及力学性能测试。结果显示,复合材料中CaSiO_3含量是决定产品最终结构缺陷与稳定性的一个重要因素。在SLM过程中,扫描速度和激光功率决定了熔融是否充分完全,熔融不充分会使样品中产生大量缺陷,熔融过度会使样品性能不稳定。另外,增加激光功率,减小扫描速度,可以有效地提高样品的致密度。综合考虑,选用316L不锈钢/5CaSiO_3(CaSiO_3的质量分数为5%)复合材料,在160 W,400 mm/s条件下制备的样品性能稳定。     

选择性激光熔化制备纯钨块体材料的研究

采用选择性激光熔化技术制备了纯钨块状样品, 研究了激光参数对所制备样品的表面形貌、内部晶粒组织和密度的影响。结果表明, 随着激光能量密度的增加, 样品表面变得光滑, 样品内部孔隙减少, 密度提高。采用功率300 W、扫描速率200 mm?s-1的激光扫描参数制备出了相对密度为97%的纯钨块状样品; 当激光功率提高至350 W时, 由于裂纹增多使样品密度下降; 随着激光输入能量密度的增加, 选择性激光熔化制备的样品内部晶粒方向性变得明显, 且晶粒尺寸增大; 采用扫描策略2 (激光功率200 W, 激光扫描速度200 mm?s-1)进行制备的样品内部孔隙较多, 且孔隙大多沿样品增材制造高度方向呈一条直线分布, 样品内部部分晶粒沿样品增材制造高度方向伸长。     

多孔覆盖层表面的流动沸腾试验研究

研究了自制的多孔覆盖层表面的流动沸腾传热特性。试验采用单管沸腾装置，管内水沸腾汽化，管外电加热。在试验的温差下，多孔覆盖层表面的沸腾传热膜系数达光滑表面的２．２２倍，泡核沸腾起始温差从３．９℃降至２．１℃。最后分析了多孔覆盖层表面强化沸腾传热的机理，提出了沸腾传热膜系数与温差的关联式。     

激光选区熔化参数及热处理工艺对TA15钛合金组织和性能的影响

通过正交试验研究了激光功率和扫描速度对激光选区熔化成形缺陷的影响,采用最优参数制备了TA15钛合金,并进一步研究了热处理温度对其显微组织和力学性能的影响.结果表明:采用275～280 W的激光功率和1 150～1 250 mm/s的扫描速度匹配可以达到最佳成形效果.退火温度低于860℃时,随着退火温度的提高,合金的强度...     

选择性激光熔化成形CoCrWMo合金工艺优化及摩擦磨损性能

对选择性激光熔化成形CoCrWMo合金的工艺参数进行优化,并对最佳工艺下合金试样的摩擦磨损性能进行分析。结果表明:选择性激光熔化最佳工艺参数为激光功率280 W,扫描速度800 mm?s?1,铺粉层厚0.03 mm,扫描间距0.10 mm,扫描策略为旋转扫描法（层与层之间旋转15°）。该工艺下激光体能量密度为117 J?mm?3,试样相对密度为99.4%,上表面粗糙度（Ra）为4.98 μm,显微硬度为HV 386,抗拉强度为984 MPa,屈服强度为663 MPa,断后伸长率为12.9%。在干摩擦下,CoCrWMo合金的平均摩擦系数随施加载荷的增加呈下降趋势;受磨损过程中应变诱导马氏体转变的影响,合金平均磨损率呈现先增高后降低的变化规律,主要磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损。     

基于DMG MORI LASERTEC 65 3D加工中心的不锈钢粉末激光沉积增/减材复合制造

采用国内首台增/减材复合加工中心——DMG MORI LASERTEC 65 3D,完成不锈钢粉末的增/减材复合制造,通过研究激光直接金属沉积成形的激光功率、扫描速度及送粉速度等増材工艺参数对不锈钢沉积层截面形状尺寸与表面粗糙度的影响,优化沉积工艺参数,测定沉积件的力学性能,并初步探究DMG MORI LASERTEC 653D复合加工中心对于不锈钢异型涡轮增压壳体的增材与减材复合制造的能力水平和应用空间。结果表明:最佳沉积工艺参数为:激光功率为2 400 W,扫描速度为1 000 mm/min,送粉速率为14 g/min,粉末沉积件获得理想的等轴晶组织,其抗拉强度和伸长率分别达到632 MPa和46.9%,与同材料的锻件相当。用DMG MORI LASERTEC65 3D复合加工中心,可完成不锈钢异型涡轮增压壳体的粉末激光直接金属沉积成形和5轴铣削的复合加工制造,在保证工件精度的前提下,能较好地实现如法兰钻孔、接头生产等难加工部件的一次性成形,较传统加工方式效率提高5~8倍。     

选区激光熔化法制备NiCrFeAl合金的显微组织与缺陷

以Ni Cr Fe Al预合金粉为原料,采用选区激光熔化技术制备Ni Cr Fe Al合金。通过光学显微镜对样品孔隙进行分析,从而优化扫描工艺参数,采用扫描电子显微镜对合金组织形貌进行表征,并使用EBSD进行缺陷分析,用UTM 5105型电子万能实验机测试合金力学性能。结果表明：选区激光熔化的最优工艺参数为扫描功率240 W、扫描速度1 000 mm/s,扫描间距0.12 mm,层厚0.03 mm。最优工艺参数下合金的抗拉强度为535 MPa,伸长率为5.8%。合金中存在固态裂纹,水平和垂直截面上均表现为沿晶断裂,裂纹存在于取向差较大的相邻晶粒之间。合金水平截面上的平均晶粒尺寸为35μm,低角度晶界占37.0%;竖直截面上的平均晶粒尺寸为56μm,低角度晶界占41.0%。