选区激光熔化专用AlSiMg合金成分设计及力学性能

应用"团簇+连接原子"模型,基于合金液-固局域结构相容性和金属选区激光熔化(SLM)工艺熔体急冷的技术特性,设计高Mg含量SLM专用AlSiMg1.5合金新成分,系统研究时效温度和时间对SLM成形AlSiMg1.5合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,通过调整工艺参数,可获得近乎全致密的SLM成形样品。当时效温度为300℃时,随着时效时间的延长,SLM成形样品岛状富Al组织中过固溶Si逐渐析出长大,网格状富Si组织逐渐分解球化,样品的硬度和压缩屈服强度逐渐降低,塑性明显增加。当时效温度为150℃时,不同时效时间下SLM成形样品的显微组织没有发生明显变化,但硬度和屈服强度随时效时间的延长先增大后略有降低。SLM成形AlSiMg1.5样品经150℃时效处理后的最大显微硬度和压缩屈服强度分别为(169±1) HV和(453±4) MPa,样品延伸率超过25%。本工作设计获得了成形性和力学性能优异的SLM专用铝合金新成分Al91.0Si7.5Mg1.5(质量分数,%)。     

选区激光熔化Zr改性Al-Si-Mg合金组织和力学性能

针对选区激光熔化（SLM）高Mg含量AlSiMg3合金成形性差的缺点,通过Zr进行合金化,研究了工艺参数对SLM成形高Mg含量Al-Si-Mg-Zr合金的成形性及时效处理对合金组织和力学性能的影响。结果表明,SLM成形Al-Si-Mg-Zr合金的熔池边界处形成了大量的细小等轴晶,从而有效地避免了样品在成形过程中裂纹的产生,增加了样品的SLM成形性,不同激光功率和激光扫描速度下获得样品的孔隙率均低于0.3%。拉伸测试结果表明,成形态样品的屈服强度（YS）为(426±8) MPa,极限抗拉强度（UTS）为(464±12) MPa。经165℃时效处理后,由于α-Al晶粒内部纳米强化相的增多,样品的强度增加明显,时效样品的最大YS和UTS分别为(482±11)MPa和(522±10)MPa。本研究获得SLM成形Al-Si-Mg-Zr样品的强度高于目前商用的SLM成形Al-Si-Mg合金。     

高Mg含量Al-Mg-Sc-Zr合金选区激光熔化成形性及力学性能

基于宽粒径分布粉末(2~46μm),应用选区激光熔化(SLM)技术制备了高Mg含量Al-14.4Mg-0.33Sc-0.19Zr铝合金。系统研究了不同工艺参数和时效处理条件对合金SLM成形性、组织和力学性能的影响。结果表明,高激光功率可有效降低细粉飞溅对样品成形性的干扰,SLM成形样品的最大相对密度为98.6%。样品显微组织由熔池边界细小等轴晶和熔池内部粗大晶粒构成,Mg含量的增加降低了样品织构和柱状晶的含量。经不同温度时效处理后,SLM成形样品的硬度先增加后降低,在350℃时具有最大值。SLM成形样品在350℃时效处理时,硬度和压缩屈服强度均随时效时间的增加出现双峰值现象,时效1 h后样品的硬度(HV)和屈服强度均达到最大值,分别为(1670±30) MPa和(457±10)MPa,延伸率为(27±3)%。样品经350℃长时间时效处理后,由于第二相粒子的粗化,导致样品的硬度和强度有所降低。本研究通过保留铝合金粉末的细粉区,有效提升了粉末的利用率,降低了原料成本,获得了成形性和力学性能较优的高Mg含量SLM成形Al-Mg-Sc-Zr铝合金。     

热处理对选择性激光熔炼IN718显微组织和力学性能的影响（英文）

选择性激光熔炼(SLM)建立在激光熔覆/沉积基础上,能够由粉末直接制备或修复近成形高性能部件。通过优化激光沉积过程试验参数,以最大限度地降低气孔率。对沉积态、直接时效态、固溶时效态、均匀化后固溶时效态4种状态激光沉积IN718合金的显微组织和力学性能进行了对比分析。拉伸试验结果显示,直接时效态合金强度最高,均匀化后固溶时效态合金塑性最好。综合考虑3种热处理状态的室温和高温拉伸试验结果,均匀化后固溶时效态试样不仅具有高于锻态AMS标准的强度,而且有很好的塑性。因此,选择均匀化后固溶时效处理作为选择性激光熔炼IN718合金的热处理方式。考察了该种热处理状态合金的650℃/700 MPa和650℃/725 MPa的持久性能和455℃的低周疲劳性能,并与锻态IN718进行了对比。     

选区激光熔化成形Al-Si-Mg-Zr合金的微观组织与力学性能

本文以高Mg含量Al-Si-Mg合金为基础,通过引入Zr作为晶粒细化剂,设计并制备了选区激光熔化(SLM)成形Al-8.0Si-2.56Mg-0.41Zr合金,系统研究了不同激光扫描速度对合金粉末成形性以及不同时效处理条件对SLM成形样品微观组织和力学性能的影响。结果表明,样品的SLM成形性良好,最大相对密度约为99.5%。样品由分布于熔池边界的细小等轴晶和熔池内部的柱状晶构成,样品的晶粒尺寸明显小于SLM成形Al-Si-Mg合金。成形态样品的硬度最大值为(173±2) HV。当时效温度≤200℃时,样品的Vickers硬度随时效温度的增加而逐渐增大;当时效温度≥250℃时,样品的硬度迅速降低。样品在150℃下的等温时效处理结果表明,随着时效时间的增加,样品的硬度和压缩屈服强度逐渐增大,当时效处理时间为12 h时,样品的硬度和压缩屈服强度具有最大值,分别为(194±2) HV和(512±4) MPa。     

选区激光熔化Al-Mg-Sc-Zr合金成形性及力学性能研究

通过选区激光熔化(SLM)技术制备Al-Mg-Sc-Zr铝合金,系统研究了不同工艺参数对铝合金粉末成形性以及不同时效处理条件对SLM成形样品组织和力学性能的影响。结果表明,在高激光功率和低激光扫描速度下,SLM成形样品的致密度较高。沿样品沉积方向可观察到熔池层层堆叠的显微组织,熔池边界和熔池内部均存在细小纳米颗粒。经不同温度时效处理后,样品的硬度和压缩屈服强度先增加后降低。SLM成形样品经400℃时效处理3 h后屈服强度达到最大值469±4 MPa。     

热处理对选区激光熔化成形M2052合金组织性能的影响

目的综合提升选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形M2052锰铜合金的力学性能。方法利用SLM技术成形M2052锰铜合金,并通过固溶、时效及固溶+时效等热处理方法对其成形态组织进行调控。通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪,对合金的显微组织、晶粒形貌、拉伸断口形貌及物相组成进行分析,并通过拉伸性能、冲击性能测试,分别评价SLM成形及热处理后的屈服强度、抗拉强度、延伸率和冲击韧性。结果 SLM成形的M2052合金经过固溶处理后,形成了典型的类孪晶结构;时效处理后的组织和SLM成形态类似,形成了细微的亚孪晶组织;固溶+时效处理后,类孪晶组织粗大。四种状态的显微组织均由单相γ固溶体组成,时效态和固溶+时效态析出了α-Mn相,但时效态析出含量较多。SLM成形态具有较高的抗拉强度σb和屈服强度σp0.2(636 MPa和548 MPa),时效处理能提高合金的σb和σp0.2(707MPa和570MPa),但是冲击韧性和延伸率(5.5J和8.5%)较差;而固溶处理能显著提高合金的冲击韧性和延伸率(23.5 J和22.25%)。综合比较,固溶+时效态试样具有最好的力学性能(冲击韧性为17 J,延伸率为10.8%,σb为503 MPa和σp0.2为322.5 MPa)。断口分析表明,四种状态下均为韧性断裂。结论固溶+时效热处理可以在存在单相γ固溶体条件下析出少量的α-Mn相,综合提升锰铜合金的力学性能。     

AlSi10Mg的激光选区熔化成形研究

利用激光选区熔化(selective laser melting,SLM)成形技术对Al Si10Mg铸造铝合金的成形进行了工艺研究,获得了致密的成形,并对其沉积态和热处理态试样进行了静态拉伸性能测试和显微组织分析。结果表明:对于Al Si10Mg,其SLM沉积态的常温拉伸强度远高于铸件标准,延伸率与铸态相当;退火工艺对SLM试样的组织及力学性能有着重要的影响,随着退火温度的提高,试样微观组织发生改变,在300℃、2 h退火工艺下,原本均匀分布的颗粒状Si聚集长大为针状,使得试样的强度下降,延伸率升高。抗拉强度由沉积态的507~518 MPa下降到378~406 MPa,延伸率由沉积态的3.0%~3.5%增加到6.5%~9.5%。     

选区激光熔化成形AlSiMg3合金

基于选区激光熔化（SLM）技术熔体快速冷却的特点,通过提高Al-Si-Mg合金中Mg的含量,设计获得SLM技术专用AlSiMg3合金。系统研究了不同工艺参数和时效处理条件对SLM成形AlSiMg3合金组织和硬度的影响。结果表明,SLM成形样品均由α-Al、Si和Mg2Si相构成。高激光能量密度有利于增加粉末样品的成形性,当激光功率为160 W,扫描速度为200 mm/s时,样品具有最低孔隙率0.07%。随着激光扫描速度的增加,样品中富Si组织的比例逐渐升高,Mg元素在α-Al中固溶量逐渐增大,使得SLM成形样品的硬度逐渐升高,最大值为194±3 HV。样品经150 ℃时效处理后,由于α-Al内部纳米颗粒的析出,导致样品硬度增大,最大值为210±2 HV,远高于现有报道的SLM成形Al-Si和Al-Si-Mg铝合金。本研究报道了成形性和力学性能优异的SLM专用Al-Si-Mg合金。     

时效温度对SLM 18Ni300马氏体时效钢显微组织和力学性能的影响

采用激光选区熔化(SLM)技术制备了18Ni300马氏体时效钢,结合拉伸试验、硬度测试和显微组织表征等手段,研究了时效温度(390, 490, 590℃)对SLM 18Ni300马氏体时效钢显微组织和力学性能的影响。结果表明,SLM成形试样主要由Fe-Ni马氏体基体和胞状亚结构组成,经时效处理后,试样微观组织发生显著变化。随着时效温度的升高,胞状亚结构逐渐分解,马氏体逆转变成为奥氏体,Σ3晶界占比下降。同时,Ni₃X(X=Ti, Al, Mo)纳米相弥散析出,并在590℃时粗化。随着时效温度的升高,SLM 18Ni300马氏体时效钢的强度和硬度均先增加后下降,伸长率先降低后增加。其中,490℃时效的SLM马氏体时效钢兼具超高强度和较好塑性,这与其基体中弥散分布的纳米析出相、适量的奥氏体含量和较低的Σ3晶界占比有关。     

热处理工艺对激光熔化沉积制造JBK-75合金组织及性能的影响

采用激光熔化沉积技术制备JBK-75合金,选取750℃直接时效和1180℃高温固溶+750℃时效两种不同热处理工艺路线,分析了其沉积态的显微结构,对比两种不同热处理态的组织和力学性能。结果表明,沉积态JBK-75合金组织表现为各向异性,存在柱状晶、胞状组织和Ti元素偏聚。直接时效处理JBK-75合金打印组织未发生溶解,打印组织对强化相(γ′相)的析出行为几乎没有影响,但是Ti元素的偏聚促进了晶界有害相(η相)的生成。高温固溶+时效处理JBK-75合金打印组织消失,获得细小均匀的γ晶粒且在晶界未发现η相。高温固溶+时效处理激光熔化沉积JBK-75合金表现出最佳的强塑性配比,抗拉强度为1055 MPa、屈服强度为679 MPa、断后伸长率为29%,达到锻件JBK-75合金热处理态力学性能水平。     

激光选区熔化工艺及热处理对稀土改性Al-Mn合金性能的影响

分析了激光选区熔化(SLM)成形不同工艺参数对稀土改性Al-Mn合金致密度的影响,从而得到最佳工艺参数,在此基础上研究热处理工艺对SLM成形Al-Mn-Sc-Zr合金力学性能的影响。结果表明,过高的激光能量密度造成元素气化,使得成形件内部产生残余球形孔洞,过低的能量密度引起搭接不良,使得成形件内部形成不规则孔洞。将能量密度优化为52.6 J/mm~3时,成形件内部缺陷减少,成形致密度提高至99.8%。SLM成形Al-Mn-Sc-Zr合金熔池内呈现两种不同的晶粒形态,熔池底部为等轴晶,而熔池中心为柱状晶。热处理之后,合金拉伸性能和显微硬度明显提升。经300℃保温4 h后,Al-Mn-Sc-Zr合金获得优异的拉伸性能,其抗拉强度可达576 MPa,且伸长率为11%。沉积态Al-Mn-Sc-Zr合金的显微硬度为131.2 HV_(0.2),经280℃保温6 h后,显微硬度(HV_(0.2))可提高至178.3。     

热处理对选择性激光熔炼IN718显微组织和力学性能的影响

选择性激光熔炼(SLM)建立在激光熔覆/沉积基础上,能够由粉末直接制备或修复近成形高性能部件。选择性激光熔炼部件优异的力学性能是保证其用于航空发动机产品的先决条件。镍基高温合金IN718广泛用于制备航空发动机中的高性能部件。在过去的研究中,利用预合金化IN718合金粉末,通过选择性激光熔炼制备出增材制造部件。通过优化激光沉积过程试验参数,以最大限度地降低气孔率。对沉积态、直接时效态、固溶时效态、均匀化后固溶时效态四种状态激光沉积IN718合金的显微组织和力学性能进行了对比分析。拉伸试验结果显示,直接时效态合金强度最高,均匀化后固溶时效态合金塑性最好。综合考虑三种热处理状态的室温和高温拉伸试验结果,均匀化后固溶时效态试样不仅具有优于锻态AMS标准的强度,而且有很好的塑性。因此,选择均匀化后固溶时效处理作为选择性激光熔炼IN718合金的热处理方式。考察了该种热处理状态合金的650_oC/700MPa和725MPa持久性能和455_oC低周疲劳性能,并与锻态IN718进行了对比。     

热等静压处理对选区激光熔化成形Inconel 718合金各向组织及力学性能的影响

目的 研究热等静压处理对选区激光熔化（SLM）成形不同沉积方向Inconel 718合金试样显微组织和力学性能的影响规律,提升Inconel718合金的综合力学性能。方法 采用SLM技术制备平行沉积方向和垂直沉积方向的Inconel 718合金试样,并对试样进行热等静压（HIP）处理和热等静压+固溶时效（HIP+HT）处理。利用金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）和电子背散射衍射（EBSD）,对合金的显微组织、断口形貌、物相组成、晶粒形貌及取向进行分析。对试样进行显微硬度和拉伸强度性能测试,对比分析不同沉积方向SLM、HIP及HIP+HT试样的显微硬度、拉伸强度、屈服强度以及断口延伸率。结果 SLM成形的Inconel718合金经热等静处理后,平行方向的晶粒形态由柱状晶转变为等轴晶,晶粒尺寸增大,并伴随有孪晶形成。晶界处的Laves相基本溶解,同时有许多MC碳化物在γ基体中析出。不同处理状态下平行方向试样的拉伸强度、屈服强度和硬度值均小于垂直方向。平行和垂直方向SLM成形件的拉伸强度σb分别为996.3MPa和1051.1MPa...     

VIGA法制备的M2052锰铜合金粉末及其SLM打印件的性能

采用真空感应熔炼气雾化法(VIGA)制备了M2052锰铜合金粉末,分析了M2052锰铜粉末的物性和显微组织;用选区激光熔化3D打印技术(SLM)制备锰铜试样,并分析热处理前后SLM成型的锰铜合金的组织与性能。结果表明,VIGA法能够有效地控制金属粉末形状,制备的15~53 μm粒度区间的锰铜粉末收得率高,松装密度高,具有较好的球形度,有效满足SLM用金属粉末的要求。由SLM制备的锰铜打印件横纵向具有不同的微观组织,随熔池内部延伸逐渐变为胞状晶,沿焊接界面形成柱状晶,离熔池越远柱状晶越细。与铸态合金相比,SLM方法制备的锰铜合金具有明显的力学性能差异,SLM打印件的抗拉强度为611 MPa,规定塑性延伸强度为504 MPa,远远高于铸态母合金的454 MPa和172 MPa。其原因是打印件细晶强化效果明显,但微裂纹的存在对塑性不利。     

基板预热温度对选区激光熔化AlSi9Mg1ScZr微观组织及力学性能的影响

本文研究了基板预热温度对选区激光熔化制备AlSi9Mg1ScZr合金样品微观组织及力学性能的影响,在35℃、85℃、135℃三种不同基板预热温度下,制备了SLM样品并分别进行微观组织观察及性能测试。结果表明,基板预热温度设置为135℃时,由于基板预热温度和激光扫描热输入的共同影响,使合金在打印过程产生了原位时效效应,在保留细小枝晶和Si网格的同时促进了元素从过饱和固溶体中析出。相比基板预热35℃的样品,纳米尺度的Mg2Si相和Si相在α-Al基体及枝晶界析出的数量显著增加,起到了提高强度的作用;但微米尺度富Fe相的析出对塑性产生了负面影响。在基板预热温度设置为135℃时,制备的AlSi9Mg1ScZr合金在0°方向上屈服强度高达360 MPa、抗拉强度高达502 MPa、伸长率为7%;90°方向上屈服强度高达331 MPa、抗拉强度高达511 MPa、伸长率为5.4%。本研究通过提高基板预热温度,在SLM过程中实现了SLM样品的原位时效,改善了SLM制备AlSi9Mg1ScZr合金的微观组织,在不经过后续热处理的情况下,大幅降低了残余应力,得到了超高强度的AlSi9Mg1ScZr合金样品。     

ZM81-xSn变形镁合金的组织演变和力学性能（英文）

通过对不同Sn含量ZM81合金的微观组织和力学性能表征,研究了Sn在ZM81合金中的存在形式和作用机制及不同添加量对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:Sn元素主要以Mg2Sn共晶相形式存在,能够细化铸态组织;热挤压过程中,Sn添加能够起到抑制动态再结晶和晶粒细化的作用;T6处理,尤其是双级时效,能显著提升挤压态合金的力学性能,其中ZM81-4Sn合金具有最佳综合力学性能,其抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为416 MPa、393 MPa和4.1%。实验合金高强度主要源于Mg Zn2和Mg2Sn析出相的双重时效强化效果;相比单级时效,双级时效态合金的析出相更细小弥散,因此其力学性能更优。     

热处理对砂型铸造Mg-4Sm-0.6Zn-0.4Zr合金显微组织和力学性能的影响

本文研究了热处理对砂型铸造Mg-4Sm-0.6Zn-0.4Zr合金显微组织和力学性能的影响,并运用光学显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及力学实验设备对该合金进行了表征与分析。结果表明:铸态合金主要有α-Mg和Mg3Sm组成;固溶处理之后,Mg3Sm相完全溶入到基体且晶粒并未发生明显长大。250℃峰时效合金中主要的析出相为基面γ″沉淀相。峰时效态合金展示了最好的力学性能,其抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别为210 MPa、153 MPa和4.0%。根据峰时效态合金的强化机制的定量分析结果,发现峰时效态合金主要的强化效果来自于弥散分布的细小的γ″的沉淀强化,其对屈服强度的贡献为120MPa,约占总屈服强度的80%。     

时效处理对AZ81镁合金组织与力学性能的影响

通过对挤压坯预成形AZ81镁合金进行模压成形及随后的时效处理,研究了形变及时效过程中显微组织及力学性能的变化规律.结果表明:时效温度埘AZ81镁合金力学性能及显微组织的影响较大,随时效温度升高至200℃,第二相的析出速度加快,且析出相分布变得均匀,细小析出相呈弥散状态分布于晶界上;随时效时间的延长.β-Mg17Al12析出相逐渐增多,当时效温度为200℃、时效20h时,晶界大多被析出物所掩盖,晶粒内充满大量点针状析出相,合金显微组织的各向异性得以消除,成分较为均匀,进一步提高了模压成形镁合金的力学性能,经400℃模压成形及200℃×20 h的时效处理后,其抗拉强度可达358.5 MPa,屈服强度达到260.7 MPa,伸长率为9.8%.     

热处理对挤压态Mg-9Sn-1.5Y-0.4Zr镁合金显微组织与力学性能的影响（英文）

对热处理的挤压态Mg-9Sn-1.5Y-0.4Zr镁合金显微组织与力学性能的影响进行了实验性探究。结果显示热处理对挤压态Mg-9Sn-1.5Y-0.4Zr镁合金显微组织与力学性能具有显著影响。挤压态合金主要由非均匀分布的Mg2Sn相组成。经过495℃,10 h固溶处理之后,大部分Mg2Sn相溶入到基体中。时效处理能大幅改善Mg-9Sn-1.5Y-0.4Zr合金的力学性能,最佳时效工艺为:在250℃条件下时效60 h。实验最终力学性能参数为:维氏硬度HV 890 MPa,极限抗拉强度262 MPa,屈服强度218 MPa,延伸率10.4%。基于实验结果分析,可发现对于经时效处理的挤压态Mg-9Sn-1.5Y-0.4Zr合金,沉淀强化是主要的强化因素(~51.76%)。