激光能量密度对激光选区熔化Cu-Al-Ni-Ti合金相对密度、微观组织和力学性能的影响

采用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)成形制备了不同工艺参数下Cu-Al-Ni-Ti铜基形状记忆合金试样。用排水法测试了块体试样的相对密度,对试样进行了显微组织分析和热分析,测试了拉伸试样在不同温度下的力学性能和测试试样的形状记忆性能,研究了激光能量密度对相对密度、显微组织和常温力学性能的影响规律。结果表明:块体试样的相对密度随激光能量密度的增大先增大再减小,试样的相对密度最大值达99.9%;当激光能量密度适中时(107J/mm3),熔化道连续且无明显缺陷,激光能量密度过低或者过高,试样会产生熔化道不连续或者球化等缺陷;拉伸试样的常温拉伸性能随激光能量密度的增大先增大再减小,常温下试样最大抗拉强度和延伸率分别为541MPa和7.63%。在300℃下试样的抗拉强度提升至最大为611MPa,延伸率提升至10.78%。试样的马氏体相变开始温度Ms约为83℃,结束温度Mf约为40℃,形变回复率接近90%。     

激光体能量密度对激光选区熔化成形TC4钛合金致密化行为的影响

采用激光选区熔化(SLM)技术制备TC4钛合金,研究了激光体能量密度对合金表面质量和致密化行为的影响。结果表明:随着激光体能量密度由33 J·mm-3增加到80 J·mm-3,合金表面粗糙度减小,表面质量提高,表面球化现象明显改善;随着激光体能量密度的增大,合金内部孔洞减少,相对密度由90.5%增大到99.3%,但过高的激光体能量密度下熔体的过度流动影响成形件的尺寸精度及性能;制备该合金的最佳参数为激光体能量密度66 J·mm-3,即激光功率250 W,扫描速度500 mm·s-1,此时合金的表面质量和致密性均较好。     

能量密度对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金缺陷及力学性能的影响

分析了能量密度对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金致密度的影响规律,并采用微纳CT检测结合EDS能谱分析的方法,统计了试样内部缺陷的类型和尺寸,分析了缺陷在试样三维层面上的分布规律及产生原因,得出了影响激光选区熔化成形AlSi10Mg合金致密度和内部缺陷的主要因素。结果表明,合适的激光能量输入是获得高致密度的关键,当激光能量密度处于47.62～50.00 J/mm3区间时,试样致密度最高,此时试样中夹杂缺陷消失,孔洞缺陷最大尺寸降至0.056 mm。孔洞缺陷产生原因主要与未熔粉体、空心粉及氧化物有关。在优选激光能量密度区间内成形的AlSi10Mg合金试样,其平均抗拉强度和伸长率分别在294 MPa和8.0%以上,优于铸造AlSi10Mg合金。     

工艺参数对激光选区熔化成形TA32钛合金成形质量及硬度的影响

采用激光选区熔化（SLM）技术制备TA32钛合金试样,研究了激光功率（200～400 W）、扫描速度(800～1 200 mm·s^-1)和扫描间距（90～130μm）对成形质量及硬度的影响。结果表明：随着扫描速度增加,SLM成形TA32钛合金的表面粗糙度先减小后增大,相对密度和维氏硬度均逐渐降低;随着扫描间距增大,钛合金的表面粗糙度先减小后增大,相对密度和维氏硬度均先降低后升高;随着激光功率增加,钛合金的表面粗糙度先减小后增大,相对密度和维氏硬度均先升高后降低;适用于TA32钛合金SLM成形的激光能量密度范围为45～75 J·mm^-3。     

选区激光熔化NiTi形状记忆合金成形与热处理

增材制造以灵活的结构设计与制造手段为NiTi形状记忆合金提供了更多可能的应用,然而激光增材成形制造完全致密的NiTi复杂结构构件仍存在挑战。研究激光扫描速度对Ni_50.9Ti_49.1(at%)粉末成型试样致密度和组织形貌的影响规律具有重要意义。所选的400～1 400 mm/s工艺窗口内,试样致密度均大于99%。但当扫描速度大于600 mm/s时底部会产生裂纹。优选打印速度400 mm/s的拉伸实验结果表明：沉积态试样和热处理试样平均抗拉强度分别为675 MPa和782 MPa,最大延伸率分别为19.7%和和17.95%,即500℃退火热处理后试样抗拉强度提升,但延伸率下降。沉积态和热处理态试样断裂机制为脆性与塑性断裂共同作用的准解理断裂机制。通过DSC实验测得热处理后试样的马氏体相变和逆相变起始温度M_s和A_s分别为35.8℃、10.0℃。温度介于二者之间时,合金由奥氏体、马氏体两相组成,EBSD结果表明20℃室温下试样主要由B19’马氏体构成。     

沉淀硬化型不锈钢的选区激光熔化成形研究

采用选区激光熔化工艺成形沉淀硬化型不锈钢材料,并对成形样件的组织和常规力学性能进行了研究。金相分析显示,不锈钢基体主要为马氏体组织,基体上伴有一些沉淀相析出,晶界附近有细小均匀的合金碳化物,分析结果很好地解释了成形样件的力学性能指标为何优于一般锻件。在夹杂物测定方面,成形工艺处于密闭腔内,很少引入杂质元素,样件十分纯净。     

选区激光熔化成形W-Ni-Cu的成形工艺及热物理性能

为了研究W-Ni-Cu合金选区激光熔化技术(SLM)直接成形工艺及其热物理性能,设计了以激光功率、扫描速度、扫描线长度、搭接率为变量的工艺实验,研究各参数对致密度的影响,采用SEM、热分析仪、差式扫描量热仪、热-机械分析仪研究合金的微观组织、导热率与热膨胀系数。结果表明:选择合理的优化工艺参数,W-Ni-Cu(SLM)成形致密度最高达到94.5%;微观组织为难熔相W发生了桥接与团聚,基体相CuNi呈网络状包裹于W相周围;测试试样所加载热流平行于烧结成形方向时,导热系数与热膨胀系数分别是120.314 0W/(m·K)及7.16×10~(-6)/K,加载热流方向垂直于烧结成形方向时,导热系数与热膨胀系数分别是99.257 2W/(m·K)及7.02×10~(-6)/K。不同方向成形测试件导热系数和热膨胀系数的差异是由难熔相W在CuNi相中的分布以及孔隙数量决定的。采用选区激光熔化成形技术可以成形性能较好的W-Ni-Cu合金。     

δ相对激光选区熔化成形GH4169合金持久性能的影响

采用激光选区熔化(SLM)技术制备GH4169合金,通过热等静压+时效与热等静压+固溶+时效2种热处理制度控制δ相的析出,研究δ相对合金持久性能的影响。结果表明:2种工艺热处理后,SLM成形GH4169合金组织均为等轴晶,且存在退火孪晶;经热等静压+固溶+时效处理后,合金晶界处析出大量长棒状与连续颗粒状δ相;经热等静压+固溶+时效处理后合金在650℃/690MPa下的持久寿命是热等静压+时效处理后的一半左右,δ相的析出是导致合金持久寿命较低的主要原因;2种工艺处理的SLM成形合金的持久寿命均显著超过锻件的标准要求,且持久断裂方式均为沿晶断裂。     

后处理对激光选区熔化成形Ti-6Al-4V钛合金力学性能的影响

采用激光选区熔化技术直接成形Ti-6Al-4V钛合金静力试验件,对部分试验件进行热处理或热等静压处理,并对三种状态的部分试验件进行表面打磨,通过试验对比研究了热处理/热等静压、表面处理等后处理工艺对激光选区熔化Ti-6Al-4V力学性能的影响。采用光学显微镜和扫描电镜对不同状态试验件的微观组织和断口形貌进行了观察,分析力学性能变化的原因。热处理和热等静压后,激光选区熔化Ti-6Al-4V钛合金试验件的极限强度有所下降,但延伸率提高约50%,韧性增强。表面打磨处理使热等静压态试验件屈服和极限强度均提高了约30 MPa,但未引起沉积态和热处理态试验件力学性能的明显改变。     

选区激光熔化梯度多孔支架力学性能和能量吸收研究

基于三周期极小曲面设计梯度 Ti6Al4V 多孔支架,并采用选区激光熔化打印成形,分析边缘孔隙率P_out、中心孔隙率P_in和平均孔隙率■对力学性能和能量吸收的影响。研究结果表明：相同■的梯度多孔支架弹性模量、抗压强度和单位体积的总吸收能量 W_V都随着 P_out的增大而减小,随着 P_in的增大而增大;不同 ■的梯度多孔支架弹性模量、抗压强度和 W_V随着 ■的增大而减小;P^-对其弹性模量、抗压强度和 W_V的影响大于 P_in、P_out的影响。打印成形的梯度多孔支架能够满足股骨和胫骨的弹性模量、抗压强度要求,建立的力学性能模型可为面向骨科医学多孔支架的应用提供参考。     

粉末特性对激光选区熔化三维打印成形的影响

激光选区熔化三维打印是当前主流的三维打印技术。从粒度、化学成分、球形度、松装密度、振实密度、流动性、空心粉率等方面论述了粉末特性对激光选区熔化三维打印成形的影响规律,并进行了总结。     

选区激光熔化快速成型系统及工艺研究

选区激光熔化技术是近几年出现的能直接制造终端、近终端金属产品的快速成型技术.描述了选区激光熔化快速成型设备系统组成,选区激光熔化对激光子系统、扫描子系统及软件子系统的功能要求.经工艺实验,分析了扫描速度、激光功率、扫描间距对成型质量的影响,并通过成型1个三维金属实体,验证了系统的可行性.     

选区激光熔化快速成形系统的关键技术

研究激光、铺粉、扫描三个重要选区激光熔化子系统的技术要点。通过计算成形过程所需激光能量,确定激光器的选用。研究表明成形升降台的连续下降精度、铺粉辊的回转偏心量及径向跳动量都对实现最小铺粉厚度控制有着重要影响。结合扫描速度对比试验,分析扫描系统的扫描特征,认为采用快的扫描速度是选区激光熔化工艺的一个重要特点,此外应采用合适的扫描策略克服热变形。在上述研究基础上,采用铜基合金粉末进行三维金属实体成形试验,试验分析表明,成形实体是一个由等轴晶和枝晶组成,相对密度达95%,具有冶金结合组织的金属实体,尺寸精度为±0.5 mm。所获得的成形实体多层断面构造、铺粉、扫描特征等信息可证实部分技术要点分析。     

激光选区成形Cu-Al-Mn-Ti记忆合金的工艺及性能研究

采用激光选区熔化技术成形了Cu-11.85Al-3.2Mn-0.1Ti(质量分数)合金。采用排水法对成形块体试样进行了致密度测试,优化了工艺参数,对试样进行了物相分析和微观组织分析,利用优化的工艺参数成形了拉伸试样和变形测试试样,测试在不同温度下拉伸试样的力学性能,通过DSC曲线分析了试样的相变温度及变形试样的记忆性能。结果表明,当激光功率为270W,扫描速度为500 mm/s,层厚为0.025 mm,扫描间距为0.1 mm时,试样具有接近100%的致密度;试样的物相中主要为马氏体相和Cu2Al Mn相,微观组织中观察到了马氏体组织,并且多为层错结构;拉伸试样在200℃时具有最大抗拉强度825.6 MPa,延伸率为20.3%且延伸率随着温度的升高而增大;试样的马氏体相变开始温度约为260℃,结束温度约为249℃,奥氏体转变温度高于400℃,形变回复率在57%以上。     

面向选区激光熔化增材制造的多孔结构设计与力学性能分析

面向选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)增材制造轻质高强多孔结构的需求,采用拓扑优化设计方法,通过调节孔隙率和载荷施加位置对正六面体进行结构优化,得到了点、线和面拓扑多孔结构,并利用SLM技术制备了AlSi10Mg多孔结构试样。通过压缩试验测试多孔结构的力学性能,采用有限元法分析多孔结构的破坏机理。结果表明,随着孔隙率的增加,点、线和面拓扑多孔结构的屈服强度和弹性模量逐渐降低。有限元分析表明,面拓扑多孔结构的应力分布是最均匀,在相同压缩位移下,面拓扑多孔结构的力学性能最佳,线拓扑多孔结构次之,点拓扑多孔结构的力学性能最差。该结果证明了面拓扑优化是三种优化方式中最理想的一种。采用经典的Gibson-Ashby模型建立了力学性能与几何参数之间的数学关系,可用来预测三种多孔结构的孔隙率与力学性能关系,为多孔结构的应用提供了理论依据。     

选区激光熔化成形工艺对多孔TC4钛合金显微组织的影响

采用Rhino软件构建了泰森多边形不规则多孔结构,利用选区激光熔化(SLM)技术成形多孔TC4钛合金,研究了激光功率(180, 200, 220 W)、扫描速度(1 200, 1 600, 2 000 mm·s^-1)、扫描间距(80, 100, 120μm)对其显微组织的影响。结果表明：随着激光功率的增大、扫描速度的减小或扫描间距的增大,SLM成形多孔TC4钛合金实体部分的微观孔洞缺陷数量和尺寸减小,相对密度提高,扫描速度是影响缺陷生成的主要原因;在激光功率220 W、扫描速度1 200 mm·s^-1、扫描间距120μm条件下钛合金具有最少的微观孔洞缺陷,其相对密度可达99.2%。靠近多孔结构孔隙部分的截面存在等轴晶和平行于基板表面的柱状晶,而远离孔隙部分的组织主要由β柱状晶组成,柱状晶内部为与其长轴成±45°且平行排列的初生针状马氏体;随着激光功率的减小、扫描速度的增大或扫描间距的减小,柱状晶的宽度和初生马氏体的长度均减小,扫描间距对显微组织的影响更大。     

扫描速度对选区激光熔化成形316L不锈钢微观形貌和性能的影响

采用选区激光熔化技术(SLM)在不同扫描速度(700～1200 mm·s-1)下成形316L不锈钢试样,研究了扫描速度对微观形貌和力学性能的影响.结果表明:随着扫描速度的增加,试样的表面粗糙度增大,内部空隙增多;试样的抗拉强度、断后伸长率和硬度先呈缓慢增加趋势,当扫描速度大于1000 mm·s-1时呈快速降低趋势,屈服...     

激光功率和扫描速度对选区激光熔化成形TC4钛合金组织和性能的影响

采用选区激光熔化工艺成形TC4钛合金试样,研究了激光功率(50～300 W)和激光扫描速度(250～1750 mm·s-1)对试样组织和性能的影响.结果表明:随着扫描速度的降低或激光功率的增大,试样成形质量提高,表面粗糙度减小,纵截面硬度增大;试样组织中均存在针状α'相和纳米级β相,较高扫描速度下的α'相尺寸较小,β相...