激光粉末床熔融成形Ti6Al4V/AlSi10Mg合金电子束焊接工艺研究

针对激光粉末床熔融成形的Ti6Al4V合金和AlSi10Mg合金进行电子束对接试验,对比分析不同侧偏束条件下焊接接头的组织和性能。结果表明：钛侧偏束（-0.6 mm）相较于铝侧偏束（+0.6 mm）所获接头的成形更稳定、美观。铝侧偏束时,接头表面出现了大量的气孔及裂纹,接头内部也存在大量的气孔,主要聚集于铝侧熔合线上;钛侧偏束时,接头焊接缺陷的数量明显减少。两种工艺条件下的界面层均形成了一定数量的金属间化合物,铝侧偏束时以TiAl为主,钛侧偏束时形成了TiAl3、Ti Al2、Ti3Al和TiAl等多种金属间化合物。铝侧偏束接头抗拉强度最高为81 MPa,钛侧偏束接头抗拉强度最高可达到128 MPa。两种接头均失效于反应界面层处,呈现出脆性断裂的特征。     

粉末床激光熔融304L不锈钢的热处理工艺

采用激光粉末床熔融(LPBF)技术制备了 304L不锈钢,并对其分别进行了 600、800、1000 和1300℃保温2 h 的热处理,研究了热处理温度对其显微组织的影响.结果表明:样品的晶粒尺寸随温度升高呈长大趋势.当热处理温度为1300℃时,样品的晶粒明显粗化.由于LPBF 的快速凝固使304L 不锈钢中生成了 6...     

Ti-6Al-4V钛合金板材焊接工艺优化

采用电子自动化激光焊接的方法,研究了不同焊接功率和焊接速度对Ti-6Al-4V钛合金板材的焊接成形性、显微组织和力学性能的影响。结果表明,当激光功率或焊接速度相同时,焊缝熔宽、焊缝背面宽度及焊缝横截面积都会随着激光功率与焊接速度的增大而增大;焊接接头抗拉强度受焊缝成形的影响大于焊缝显微组织的影响,接头的抗拉强度与咬边锐度呈反比。     

Ti-6Al-4V合金喂料临界粉末装载量的研究

研究了4种不同蜡基粘结剂配方下钛合金喂料的临界固体粉末含量,并测试了临界固体粉末含量下喂料的流变学参数。实验结果表明:1#喂料(100%PW)、2#喂料(95%PW+5%SA)、3#喂料(70%PW+25%PE+5%SA)、4#喂料(60%PW+35%PE+5%SA)的临界粉末装载量(vol.%)分别为:70%,71.53%,72.24%,73.02%;经流变学分析,临界粉末装载量下喂料仍呈假塑性流体,但其流动指数n值较小,在0.2以下,不利于成形。     

非球形Ti-6Al-4V粉末粒度对激光快速成形的影响

为了找到适合激光快速成形技术的非球形Ti-6Al-4V粉末粒度范围,采用高速摄影的方法研究了不同粒度粉末的输送情况,并通过不同粒度粉末的激光快速成形实验,研究了粉末粒度对粉末利用率、成形件表面精度和成形件内部气孔缺陷的影响.结果表明,在64～122 μm粒度范围内,随粉末平均粒度的变细,粉末利用率先增大后降低,成形件表面精度先提高后降低,成形件内部气孔先减小后增多,适合激光快速成形的粉末粒度应在86～98 μm之间.     

激光快速成形Ti-6Al-4V合金力学性能

采用实验研究的方法，对激光快速成形Ti-6Al-4V合金的力学性能进行了探讨。结果发现：和锻造件相比，激光快速成形沉积态Ti-6Al-4V合金的拉伸性能具有高强低塑特点和更显著的各向异性；成形试样的组织、氧含量和冶金缺陷都将影响到拉伸性能，其中组织的影响最显著，其次为氧含量和熔合不良缺陷：对于氧含量符合GJBGJB2921-1997标准的激光快速成形Ti-6Al-4V合金，经固溶时效热处理后所获得的网篮组织综合性能最好，不论是强度指标还是塑性指标都高于锻件标准。     

95W-5Ta激光粉末床熔融应力场演变及变形控制

以95W-5Ta混合粉末研究对象,针对95W-5Ta激光粉末床熔融工艺成形过程中存在的热应力较大和变形严重的问题,基于有限元方法对成形中应力场演变过程进行数值模拟. 模拟结果表明,应力变化是一个多重循环过程,增大激光功率和降低扫描速度都会导致热应力增大,分区扫描策略能使热应力均匀分布,避免在零件的敏感区域出现应力集中. 通过开展工艺实验分析影响变形量的因素,发现变形程度对激光功率更加敏感,同时与扫描线长度、层间交错角和扫描策略有关. 试验表明,采用较短的扫描线、67°层间交错角和较小的分区扫描能获得较小的变形量.     

93W-7Ni激光粉末床熔融增材制造研究

以W颗粒和Ni颗粒预先混合的93W-7Ni粉体为原料,采用激光粉末床熔融（Laser powder bed fusion, LPBF）制备了钨镍合金试样。研究了不同线能量密度的钨镍合金试样的相对密度、显微组织及显微硬度。结果表明：钨镍合金试样的缺陷主要为不规则孔隙,不存在明显可见的裂纹缺陷,且提高线能量密度能够明显减少缺陷。当线能量密度为1.5J/mm时,钨镍合金试样相对密度达98.04%。LPBF制备的钨镍合金试样的显微组织主要由W单质相和Ni-W基体相组成,并伴有大量细小的枝/颗粒状钨晶粒。试样的显微硬度高达529.83HV0.5,且基本不受线能量密度的影响。     

Ni含量对激光粉末床熔融成形NiTi形状记忆合金显微组织和力学性能的影响

激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,LPBF)成形NiTi合金由于Ni元素的蒸发导致成分偏离粉末设计成分,而NiTi合金的形状记忆效应、超弹性等性能受Ni含量影响极大。因此有必要对不同Ni含量NiTi合金的LPBF成形性、显微组织以及力学性能开展研究。采用真空电极感应熔炼气雾化技术制备了Ni_50.8Ti、Ni_51.0Ti以及Ni_51.5Ti(原子分数,%)3种预合金粉末,研究其在不同工艺参数下的冶金缺陷、显微组织及力学性能的演化规律。结果表明,高Ni含量NiTi合金在LPBF成形过程中容易产生垂直于建造方向的裂纹,成形性较低Ni含量NiTi合金差。Ni_51.5Ti合金室温下的临界应力可达476 MPa,但断裂伸长率仅为2%;Ni_50.8Ti合金临界应力仅为122 MPa,断裂伸长率可达8%。     

工艺参数设置和厚度对电子束熔融加工Ti-6Al-4V合金微观结构的影响

研究了试件尺寸和工艺参数(电子束强度,扫描速度,焦点偏移量和扫描长度)对电子束熔融(EBM)加工Ti-6Al-4V合金微观结构的影响。结果表明,可以观察到EBM加工的Ti-6Al-4V合金的微观结构由原始β相的柱状晶粒组成。在柱状晶粒内部观察到典型的(α+β)结构,即魏氏体α片和在细小的α晶粒的界面上形成的杆状β相。还发现沿原始β柱状晶粒的晶界形成的α层晶界。随着试件厚度、电子束能量密度和扫描长度的增加,先前的β柱状晶粒的直径增大,并且生长的方向与加工方向一致。同时,柱状晶粒直径随着试件高度的增加而减小。随着试件厚度和电子束能量密度的增加,α片会变得更粗大。     

电子束粉末床熔融技术发展综述

电子束粉末床熔融技术是一种有着广泛应用前景的金属增材制造技术,低应力、高能量利用率等特点使其在高温合金、高熔点金属成形等方向有着巨大优势。近年来,随着更多研究人员及企业进入该领域,电子束粉末床熔融装备有了诸多进展,且在新材料及工艺开发方面也取得了重要突破。本文对电子束粉末床熔融技术原理、近年来进展进行综述并对其今后的发展方向进行展望。     

高功率激光立体成形Ti-6Al-4V合金组织研究

针对高功率条件下激光立体成形Ti-6Al-4V合金组织特征展开研究,揭示高功率条件下组织形成机理,并对比分析了高功率与中/低功率条件下组织形成的差异及原因。结果表明:由于高功率条件下具有更低的温度梯度和更高的凝固速度,激光立体成形Ti-6Al-4V合金的宏观组织由粗大的柱状晶、竹节状的小柱状晶和等轴晶三部分组成,并且沉积层之间存在层带;而中/低功率条件下只有贯穿多个沉积层呈外延生长的粗大的柱状晶。高功率条件下层带内典型微观组织是由大量的魏氏α集束组成,而层带间为α板条编织成的网篮状组织,并且部分α相球化成等轴状。与中低功率条件下典型组织相比,高功率条件下α板条长宽比明显减小,不存在针状α。     

用预合金粉末生产Ti-6Al-4V合金板

一、前言钛轧制品的机械性能(包括断裂韧性和疲劳强度等动态性能)随着不同的工艺过程而有很大的变化。不仅不同加热制度的材料性能有变化,而且,即使是相同加热制度的板材,甚至在同一块板材之内,其性能也有差别。这种性能上的差别在某种程度上是由     

混合焓对激光多层沉积Ti-6Al-4V合金凝固组织的影响

分别以预合金粉末和混合元素粉末为原料进行激光多层沉积Ti-6A-4V合金,采用XRD研究了预合金粉末、混合元素粉末和沉积试样的相组成,采用金相显微镜研究了沉积试样的凝固组织.结果表明,预合金法激光多层沉积Ti-6Al-4V合金的凝固组织由外延生长的柱状晶组成,且随激光功率的提高,合金凝固组织倾向于由柱状晶转变为等轴晶;随着激光功率由1600 W增加至2700 W,混合元素法激光多层沉积Ti-6Al-4V合金的凝固组织则由粗大等轴晶逐渐转变为外延生长的柱状晶.扫描速率对合金凝固组织的影响较小.对混合焓对合金凝固组织的影响进行了讨论.     

激光熔注法制备WC_p/Ti-6Al-4V梯度复合材料层

以单晶WC陶瓷粉末(WC particles-WCp)作为增强颗粒,采用激光熔注技术在Ti-6Al-4V表面制备了WCp/Ti-6Al-4V梯度复合材料层.在对梯度复合材料层宏观特征和形成机制分析的基础上,采用XRD和SEM对复合材料层的微观组织结构进行了分析.结果表明,WC颗粒在复合材料层中分布比较均匀,而且在深度方向上梯度分布.复合材料层中形成了新相TiC和W2C.TjC的数量和尺寸在复合材料层不同区域存在较大差异.在复合材料层上部,Tic的数量较多而且尺寸较大;在复合材料层下部,TiC的数量和尺寸均明显减少.WC/Ti界面反应层由W2C和TiC两层组成,WC颗粒注入位置对反应层尺寸有很大影响,WC颗粒从熔池后部"拖尾"注入可以有效减小反应层尺寸.     

Ti-6Al-4V晶格结构选区激光熔化的有限元模拟与验证

为探究晶格结构激光选区熔化（SLM）成形过程,建立了晶格结构SLM成形工艺的有限元（FE）模型,模拟了SLM成形Ti-6Al-4V合金晶格结构的过程。首先运用Slic3r软件从CAD文件中生成包括扫描间距、激光功率、层厚和扫描速度的G代码,然后将其转换为一系列路径信息并导入到有限元模型中用以控制“单元生死”,从而模拟SLM工艺的逐层沉积过程。在该技术中,打印层单元随着铺粉的进行被逐层激活并参与有限元计算。基于发展的FE模型,提出适应晶格结构的扫描路径策略并进行相应的实验验证。结果表明：随着成形高度的增加,转角处的温度不断积累,导致该处热应力增加从而增加破裂风险。相比于默认扫描策略,提出的优化扫描策略可以减少零件的热累积,从而减小转角处的应力集中。本研究可为金属晶格构件SLM工艺提供优化指导。     

激光快速修复Ti-6Al-4V合金的显微组织与力学性能

针对Ti-6Al-4V合金在加工和服役过程中的损伤特点,对Ti-6Al-4V合金锻件的3种典型误加工缺陷——槽缺陷、面缺陷和体缺陷进行了激光快速修复研究。激光修复区与锻件基体形成致密冶金结合,Al、V合金元素由锻件基体到激光修复区均匀分布,无宏观偏析。激光修复区组织为粗大原始β晶粒内分布细长的α针及编织细密的α+β板条组织,呈现典型的魏氏结构,热影响区组织从锻件的等轴α+转变β组织逐步过渡到魏氏(α+β)组织。对预制有3种类型缺陷的激光修复试样进行室温静载拉伸试验和硬度测试,结果表明修复试样的拉伸性能达到锻件标准(HB5224-1982)。激光修复试样的硬度和强度高于锻件基体,而塑性则低于锻件基体。因此,激光修复区和锻件基体可看作是一种“强+弱”的组合,这与二者的显微组织是相对应的。     

激光选区熔化Ti-6Al-4V合金纳米压痕蠕变研究

目的研究原始态和退火态激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的室温压痕蠕变特性。方法利用光学显微镜观察原始态和退火态激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的显微组织。基于纳米压痕技术结合恒载荷法,测量原始态和退火态合金在室温下的最大压痕深度、蠕变位移和蠕变速率敏感指数等压痕蠕变参数,并分析两种状态下合金的蠕变机理。结果原始态合金的显微组织几乎全为α相,退火态合金的显微组织为网篮组织。荷载分别为200、300、400 mN时,加载阶段原始态合金的最大压痕深度比退火态合金的最大压痕深度分别提高43%、42%、34%;保载阶段,原始态合金的蠕变位移比退火态合金的蠕变位移分别提高129%、128%、139%。原始态合金的蠕变速率敏感指数m值分别为0.054、0.050、0.046,退火态合金的m值分别为0.041、0.032、0.022,相同荷载下原始态的m值均大于退火态的m值。结论退火处理形成的网篮组织,使退火态合金的蠕变速率敏感指数m值降低,从而使其蠕变抗力增强。原始态和退火态激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的蠕变机理均为位错蠕变。     

Ti-6Al-4V钛合金的激光弯曲成形特性

以Ti-6Al-4V薄板材料为研究对象,研究了激光弯曲成形技术在钛合金上的应用特征.通过实验描述了不同扫描参数对弯曲角的影响规律,并对多次扫描下的板材弯曲动态特性进行了研究.结果表明:弯曲角随扫描次数呈近似的线性增加关系;在扫描次数一定的情况下,存在一个最优的累积线能量使弯曲角达到最大;不同的材料状态在加热和冷却过程呈现出不同的弯曲动态特性.此外,对激光弯曲后的材料微观组织、力学性能进行了测量和分析.结果表明:扫描参数的选择对发生相变的区域形状与相变区组织有较大影响;多次扫描后,加热区材料的强度与硬度均增加,塑性降低.