激光立体成形Ti-Al-V系的合金力学性能

研究了以元素粉末为送进原料时,激光立体成形(LSF)Ti-Al-V系合金的力学性能。结合激光立体成形Ti-xAl-yV(x≤10,y≤25)合金的硬度测试分析和人工神经网络模型优化,获得激光立体成形Ti-xAl-yV合金成分-硬度的关系。选择典型成分合金进行室温拉伸性能测试,在此基础上获得激光立体成形钛合金抗拉强度与显微硬度的比例因子K值为2.86～3.00,可实现对激光立体成形Ti-xAl-yV(x≤10,y≤25)合金的抗拉强度预测。另外,室温拉伸性能测试结果表明,激光立体成形Ti-4Al-3V、Ti-5Al-3V、Ti-4Al-4V、Ti-5Al-4V以及Ti-3Al-6V沉积态的综合室温拉伸性能均达到Ti-6Al-4V合金的锻件标准。     

激光立体成形工艺在高性能金属材料加工中的应用研究

研究基于经验工艺参数得到的激光立体成形TC21钛合金沉积态试样中原始β晶粒形貌及其织构特征,分析了激光立体成形工艺在高性能金属材料加工中的应用.结果表明:激光立体成形TC21钛合金宏观组织属于典型外延生长柱状β晶粒,纤维织构特征比较明显;在沿沉积高度方向上,α相尺寸、形貌、体积分数等有显著不均匀性存在,表明TC21钛合...     

基于人工神经网络的激光立体成形件成形表面质量预测

通过建立单道折线扫描数学模型,推导出了折线扫描拐角处重叠区域数学描述,从理论上对激光立体成形(LSF)表面质量的影响因素进行了分析,并得出影响折线扫描路径试样表面质量的主要因素是折线角度和扫描速度的结论。建立了适用于激光立体成形件表面质量预测的人工神经网络(ANN)模型,以激光立体成形过程中扫描速度和折线的角度为模型输入,输出成形件表面质量评估参数。经过实验数据训练后的神经网络模型可以实现对不同扫描速度及不同扫描角度成形件表面质量的预测,网络预测值和试验测得值之间的均方差(MSE)小于0.01。     

激光立体成形TC4钛合金组织和力学性能研究

采用实验研究的方法,对比分析了激光立体成形TC4钛合金不同热处理状态下的显微组织、静载力学性能和拉伸断口。研究结果表明,沉积态内部有较明显的层带结构,去应力退火和固溶时效均能减弱层带从而均匀化组织;去应力退火处理对强度和塑性提高较少,固溶时效处理则能显著提高综合力学性能。断口分析表明,固溶时效态的室温拉伸试样为韧性断口,而沉积态和去应力退火态拉伸试样拉伸断口均为混合型断口。通过显微组织和拉伸断口分析,重点解释了解理断面形成机理为:裂纹沿α/β界面快速扩展形成解理断面,裂纹尖端的空洞与裂纹连接形成解理面上的韧窝。     

激光立体成形粉末流输送的数值模拟研究

激光立体成形(LSF)技术是一项基于同步送粉激光熔覆技术的先进增材制造技术。粉末流的输送对于沉积层的形成至关重要。通过建立载粉气流的湍流模型并基于粉末颗粒在气体湍流中的运动分析,采用数值模拟方法建立粉末流输送的数学模型,并利用Fluent软件进行求解,从而获得粉末流的质量浓度分布。将实验测量结果与模拟计算结果进行对比分析。结果表明,计算结果与实验测量结果比较吻合。对比粉末粒径范围为50~240μm的粉末流和粉末粒径范围为65~75μm的粉末流的模拟结果发现,在相同送粉工艺条件下,粒径分布范围不同则粉末流颗粒质量浓度有明显差异。     

倾斜基体表面激光立体成形沉积特性研究

针对基体表面倾斜条件下的激光沉积特性展开研究, 通过表征倾斜基体表面上激光沉积过程熔池的形貌特征以及几何特性, 揭示基体表面倾斜特性对熔池的形貌特征、几何特性和表面粘粉的影响规律, 并探讨其影响机制。研究结果表明: 在倾斜基体上, 熔池受重力作用流动铺展, 当沿着倾斜基体上坡扫描时, 熔池气液界面向下凹陷, 并且熔池随倾斜角度的增加逐渐变长; 当沿着倾斜基体下坡扫描时, 熔池随倾斜角度的增加逐渐变短。由于激光能量在斜面上分布状态不同, 上坡时熔池后沿能量低, 粉末未能完全熔化, 导致沉积层表面有粘粉, 且随着角度的增大表面粘粉增多; 下坡时熔池后沿能量高, 表面粘粉较少甚至没有粘粉, 成形表面质量较好。     

钨基合金激光立体成形的组织及性能研究

为了制备高性能、大尺寸钨合金零件,利用激光立体成形技术进行了前期探究实验,在大气环境下制备多种配比的W-Ni-Fe高比重合金力学拉伸试验件,通过测试抗拉强度、硬度,结合组织结构和成分配比的探究分析,发现其成形性及力学性能与传统的粉末冶金烧结工艺之间还存在着一定的差距。抗拉强度在W原子数分数为0.6时达到最大值717.5MPa,之后随着W原子数分数的增大反而明显减小,当W原子数分数在0.8以上时,强度已低于400MPa。样品存在孔洞和氧化现象,大量W未溶化,Ni和Fe元素越多,微观组织均匀性越好、成分偏析越小。结果表明,利用激光立体成形技术可对钨基合金堆积成形,但是实验工艺参量和实验环境仍需进一步改进。此研究可获得免受大气气氛影响和工艺参量限制的试样,为获得性能更好的高比重钨合金激光立体成形件提供了帮助。     

TC4激光立体成形显微组织对超声参量的影响

以TC4钛合金激光立体成形件及锻件为研究对象,采用不同热处理制度对TC4钛合金激光立体成形件进行处理得到不同的热处理组织,并采用超声波无损检测方式获得超声波纵波声速和衰减系数,明晰超声参量和显微组织的相互作用机理。结果表明,不同的显微组织具有不同的超声波纵波声速和衰减系数;相比超声波纵波声速而言,衰减系数对TC4钛合金激光立体成形显微组织的变化更为灵敏。     

混合元素法激光立体成形过程粉末输送性研究

混合元素法激光立体成形(LSF)过程中元素粉末的输送性对沉积试样的化学成分有重要影响,为实现混合元素法激光立体成形过程中各元素粉末的输送一致性,进而保证沉积试样的化学成分与目标成分一致,对混合元素法激光立体成形过程中的粉末输送性展开研究.结合喷嘴管道内外气-粉两相流分析,建立粉末颗粒在喷嘴管道内外的运动微分方程,揭示元素粉末特性对粉末输送性的影响规律.结果表明,送粉工艺一定的条件下,元素粉末的出口速度和加速度均随粉末密度和粒度的减小而增大.各元素粉末的输送一致性条件为在送粉工艺一定的情况下,各元素粉末流具有相同的出口速度.基于以上的粉末输送一致性条件,获得混合元素法激光立体成形过程中各元素粉末特性的匹配关系,进而保证了激光直接沉积试样的成分与预混合元素粉末成分的一致.     

激光立体成形17-4 PH不锈钢组织性能研究

对激光立体成形17-4 PH(0Cr17Ni4Cu4Nb)沉淀硬化不锈钢沉积区热处理前后的组织和常规力学性能进行了研究。光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)结果表明,沉积态组织主要由板条状马氏体和分布于其上和板条间少量的第二相强化质点组成。根据合金特性,推测马氏体基体上弥散析出的第二相强化质点应该为M7C3及NbC型碳化物等。靠近基材处的沉积态组织以细长的板条状淬火马氏体为主;远离基材的沉积态组织则变成粗大的板条状马氏体。沉积态试样经过固溶时效处理后,组织变为细小均匀的板条状回火马氏体,并且基体上析出了更多的第二相强化质点,这类强化质点推测应为NbC型以及M7C3,M23C6型碳化物。成形件经过热处理后,强度、硬度略微提高,而塑性则显著增加。并且其抗拉强度和塑性均高于锻棒标准,屈服强度则略低于锻棒标准。热处理前后成形件拉伸断裂均属于韧性断裂,其中M7C3型碳化物等形成的第二相质点是微观空穴和韧窝形成之源。     

Fe314合金粉末激光快速成形组织与力学性能分析

利用Fe314合金粉末在45构,观察了不同成形区域的金相组织,并分析了成形件的力学性能.结果显示,在组织方面,成形体内部各层呈梯子形交错叠加分布,晶体组织以细小致密的等轴晶为主,在底部分布着少量平面晶和粗大柱状晶;在力学性能方面,由于成形体组成相为奥氏体,故整体硬度较低,但塑性、韧性较好.在内部最大残余应力690 MPa情况下未出现微裂纹,表明利用Fe314合金粉末激光快速成形的构件具有良好的抗开裂性能.     

激光通信天线一体化的摆镜面形优化

一对多激光通信天线受结构和尺寸的限制,反射镜与安装平面只能单独研磨。虽然可根据面形测试结果对安装平面进行反复研磨,以保证摆镜安装后的面形精度,但该方法难度大、周期长、成功率低。为了减小加工难度,在保证正常研磨精度(5μm)的同时降低安装面平面度造成的安装应力和温度变形等外力影响,保证摆镜安装后的面形精度。研究了摆镜在力学作用下的面形精度变化和面形稳定性,优化设计了隔离结构,有效提高了摆镜的面形稳定性。测试结果表明,在测试波长为λ时,安装应力和温度升(降)载荷作用下摆镜面形精度的峰谷值由0.546λ提升到0.161λ,均方根值由0.099λ提升到0.019λ,完全符合设计要求。     

基于STL数据模型动态拓扑重构的快速切片算法

分析了现有金属激光立体成形(MLSF)切片算法,提出了一种基于STL模型动态拓扑重构的快速切片算法.根据STL模型中三角面片的几何信息和切片厚度,通过建立分组矩阵,减小了三角面片遍历的次数;通过构建三角面片之间的局部动态拓扑关系,减小了切片平面与三角面片的求交计算次数;并根据切片过程中大部分三角面片的毗邻关系不发生改变这一事实,提出了动态拓扑重构的算法,减小了切片过程中三角面片毗邻关系的查找次数,从而提高了切片算法的整体效率.在该算法的基础上,使用Visual C 和OpenGL开发了金属激光立体成形软件系统.     

计算机辅助光学设计在LPSSL中的应用

应用计算机辅助光学设计可以充分挖掘灯抽运固体激光器(LPSSL)的潜力。根据计算机辅助光学设计的分类,综述了光学软件在灯抽运固体激光器研发过程中的应用,并给出具体应用实例。     

LD多向抽运固体激光器的实验研究

分析了激光晶体中三向侧面抽运光的强度分布;在三向侧面抽运结构下,增加了光纤束耦合LD端面抽运,尝试用侧面抽运提高激光输出的功率,用端面抽运来改善输出激光的光束质量,并对此进行了实验研究。结果表明,加上端面抽运后,对侧面抽运下激光输出的光束质量有明显的改善作用,并存在一个最佳匹配抽运功率。