电子束选区熔化成形纯钨的显微组织与晶体取向研究

采用增材制造技术中的电子束选区熔化成形方法制备了高致密度纯钨试件,分析了电子束选区熔化成形纯钨的传热过程和显微组织特点,重点研究了在几种热传导的共同作用下,纯钨的显微组织特点和晶体的取向分布。结果表明,电子束选区熔化纯钨的显微组织为以外延生长的方式形成的柱状晶。在样品内部,沿成形方向向下为最主要的热传导方向,温度梯度最大,柱状晶生长方向与热流方向相反,形成完全竖直生长的柱状晶;在样品外侧面,沿成形方向向下的热传导和向侧面粉床的热传导共同作用,使得热传导的方向与成形方向出现一定偏差,因此柱状晶组织与成形方向呈30-45_⁰夹角。同时,电子束选区熔化成形纯钨沿着成形方向,形成[111]和[100]方向的择优取向。     

选区激光熔化成形高温合金裂纹研究进展

选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)具有高温度梯度、高冷却速度的工艺特点,成形涉及复杂的理化过程,对于组分比较复杂的高温合金,开裂是普遍存在的现象,已成为制约SLM成形高温合金工业应用的瓶颈问题。本文对SLM成形高温合金的裂纹类型、影响因素及控制方法等进行了综述,分析了当前研究存在的问题,对后续的研究热点进行了展望。以期对SLM成形高温合金开裂机理、裂纹消除的研究提供一定的参考。     

选区激光熔化成形Inconel 738合金裂纹形成机理及各向异性

采用SEM、EBSD、DSC、XRD和万能拉伸试验机等手段,研究了SLM成形过程中Inconel 738合金裂纹形成机理、组织各向异性以及对力学性能的影响。研究表明,Inconel 738合金在SLM成形过程中奥氏体 相中主要析出 相和MC型碳化物,其凝固过程为L→ → +MC→ + +MC;低熔点 + 共晶组织经再次受热液化形成裂纹源,在残余拉应力的作用下扩展形成微裂纹;同时,微裂纹周围的残余应力均匀分布,微裂纹起始附近的晶粒取向差高于未产生微裂纹的位置;此外,XY面上的微裂纹方向垂直于激光扫描方向,XZ面上的微裂纹方向平行于Z轴;SLM成形Inconel 738合金的择优取向与最大温度梯度有关,在XY和XZ面上晶体均表现出强<100>取向;沿XY和XZ方向的SLM成形试样力学性能均高于精铸试样,且XZ方向的强度高于XY方向,而延伸率小于XY方向。     

选区激光熔化成形316L不锈钢微观组织及拉伸性能分析

采用选区激光熔化技术制备了316L不锈钢的拉伸试样,分析了试样不同区域的组织特征,测试了其拉伸力学性能.结果表明,其组织形貌主要为胞状晶,但在某些“微熔池”内晶粒生长方向不相同,而近乎相互垂直,从而在同一视野中显示出典型的细小柱状晶（亚晶）和近似六边形“胞晶”共存的组织特征.试样的抗拉强度与传统工艺制备的相比有较大提高,但断后收缩率有所降低.这主要由于选区激光熔化是快速熔化与冷却凝固的过程,其选区熔化的特征使得不同区域的激光入射角度、选区熔化扫描方式、“熔池”散热条件各不相同,导致不同区域呈现复杂的结晶过程,形成不同特征的微区组织.由于冷却速度较快所得的细小柱状晶的直径为亚微米级,致密分布,显著提高了材料的抗拉强度.但由于晶粒生长明显的方向性,使得拉伸过程中晶粒在不同方向的塑性变形不均匀,相互牵制,加之大量熔合线界面处不可避免的内应力,导致断后收缩率有所降低.     

电子束选区熔化成形Nb521合金微观组织与性能分析

采用电子束选区熔化技术制备Nb521合金,研究其致密化成形工艺。通过对成形试样的组织、物相、显微硬度、室温拉伸性能的检测与分析,探讨了电子束选区熔化成形Nb521合金的机理。结果表明,电子束选区熔化成形过程中,电子束熔化电流及速度的合理匹配,是得到表面质量及内部质量优异的成形样品的基础;电子束能量密度为340 J/mm3时,样品的密度达到8.78~8.79 g/cm3;Nb521合金显微组织沿沉积方向呈柱状晶,晶粒沿（200）晶面有较强的择优生长取向;成形样品中除Nb基体相外,还存在少量的Nb2C与ZrC碳化物析出;样品室温抗拉强度达到384 MPa,屈服强度为307 MPa,断后延伸率为16.5%;显微硬度处于1 500~1 700 MPa之间,无各向异性。     

电子束选区熔化成形高强钽的组织与性能

采用粉末床电子束选区熔化技术制备了高密度（99.93%）且无明显缺陷的块状钽样品,并对其微观结构、力学性能进行了研究。结果表明,沉积态的钽金属具有平行于生长方向的柱状晶结构。由于成形过程中的高冷却速率,在块状样品中观察到（001）织构和大量的小角度晶界。由于间隙元素氧和氮的固溶强化,电子束选区熔化成形的钽试样表现出了优异的室温屈服强度（613.55±2.57 MPa）和延伸率（30.55%±4.23%）。     

选区激光熔化成形Hastelloy X合金有限元模拟及组织性能的各向异性

基于选区激光熔化(SLM)制备Hastelloy X合金的成形原理,通过Fortran语言编写DLUX子程序加载高斯光源,采用有限元分析软件ABAQUS对有限元模型的瞬态温度场和冷却速度进行数值模拟,并用实验对分析结果进行验证.研究了粉末颗粒与高斯光源在成形时的热传递、熔化、金属液流动及凝固过程.结果 表明:Haste...     

粉末性能对电子束选区熔化快速成形的影响

在电子束选区熔化金属粉末技术中,为了避免电子束对金属粉末的作用力破坏金属粉末的堆积状态,建立了金属粉末受力模型,并对其进行受力分析和计算.理论分析和实验证明当球形和非球形粉末以3∶2的比例混合时,可以得到很好的成型效果.     

选区激光熔化成形工艺对2024铝合金组织性能的影响

采用选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术成形了2024铝合金,研究了扫描间隔对显微组织及室温力学性能的影响。结果表明:扫描间隔0.12 mm时,2024铝合金显微组织细小,硬度达124 HB,抗拉强度为372 MPa,具有较高的室温力学性能。     

电子束选区熔化成形工艺与组织模拟

电子束选区熔化作为一种新型金属增材制造工艺具有能量利用率高、成形效率高、材料适应性广等优点,适用于钛合金、钛铝合金、高温合金等材料的成形加工,在航空航天、生物医疗等领域具有广泛应用前景.介绍了电子束选区熔化的技术原理,总结近年来国内外该技术的装备发展、工艺研究、材料开发及工艺仿真的研究现状与进展,并展望未来发展方向.     

粉床型电子束3D打印纯钨及W-Nb合金的显微组织及开裂机制

采用粉床型电子束3D打印技术制备了纯钨及固溶强化型W-Nb合金,对2种钨基材料的显微组织和裂纹缺陷进行了分析.研究发现:二者均沿逐层累积的方向形成柱状晶,Nb元素的加入使柱状晶的平均尺寸由109.78 μm降至25.10 μm.纯钨并未发生显著的开裂现象,但是W-Nb合金内部存在沿晶界分布的微裂纹.从热应力累积和凝固过...     

Performance of Ti6Al4V fabricated by electron beam and laser hybrid preheating and selective melting strategy

Electron beam selective melting (EBM) and selective laser melting (SLM) are regarded as significant manufacturing processes for near-net-shaped Ti6Al4V components. Generally, in the conventional EBM process, preheating is necessitated to avoid smoke caused by the charging of electrons. In the conventional SLM process, laser as an energy source without the risk of smoke can be employed to melt metal powder at low temperatures. However, because of the low absorption rate of laser, the powder bed temperature cannot reach a high level. It is difficult to obtain as-built TiAl4V with favorable comprehensive properties via conventional EBM or SLM. Hence, two types of electron beam and laser hybrid preheating (EB-LHP) combined with selective melting strategies are proposed. Using laser to preheat powder allows EBM to be performed at a low powder bed temperature (EBM-LT), whereas using an electron beam to preheat powder allows SLM to be performed at a high powder bed temperature (SLM-HT). Ti6Al4V samples are fabricated using two different manufacturing strategies (i.e., EBM-LT and SLM-HT) and two conventional processes, i.e., EBM at a high powder bed temperature (EBM-HT) and SLM at a low powder bed temperature (SLM-LT). The temperature-dependent surface quality, microstructure, density, and mechanical properties of the as-built Ti6Al4V samples are characterized and compared. Results show that EBM-LT Ti6Al4V exhibits a higher ultimate tensile strength (981±43 MPa) and a lower elongation (12.2%±2.3%) than EBM-HT Ti6Al4V owing to the presence of α' martensite. The SLM-HT Ti6Al4V possesses the highest ultimate tensile strength (1,059±62 MPa) and an elongation (14.8%±4.0%) comparable to that of the EBM-HT Ti6Al4V (16.6%±1.2%).     

粉床型电子束增材制造W-3.5Nb合金孔洞缺陷及其形成机制

采用粉床型电子束增材制造(SEBM)技术制备了W-3.5Nb合金,研究了电子束线能量密度对W-3.5Nb合金孔洞缺陷形成的影响规律,分析了不同类型孔洞缺陷的形成原因.结果 表明:随着电子束线能量密度的升高,缺陷含量降低,当线能量密度升高到1.44 J/mm时,缺陷的体积含量最低为0.01％,继续增大线能量密度,缺陷的体...     

Microstructure and properties of AlSi7Mg alloy fabricated by selective laser melting

The AlSi7Mg alloy was fabricated by selective laser melting (SLM), and its microstructure and properties at different building directions after heat treatment were analyzed. Results show that the microstructure of SLM AlSi7Mg samples containes three zones:fine grain zone, coarse grain zone, and heat affected zone. The fine-grain regions locate inside the molten pool, and the grains are equiaxed. The coarse-grain regions locate in the overlap of molten pools. After T6 treatment, the microstructure at the molten pool boundary is still the network eutectic Si, but the network structure becomes discrete, and is composed of intermittent, chain-like eutectic Si particles. The yield strength at three directions (xy, 45°, z direction) of the AlSi7Mg alloy samples fabricated by SLM is improved after T6 heat treatment. The fracture mechanism of the samples is a mixed ductile and brittle fracture before heat treatment and ductile fracture after heat treatment.     

电子束选区熔化增材制造TiAl合金的高温硬度及氧化行为研究

钛铝合金是航空航天领域具有广阔应用前景的轻质高温合金,电子束选区熔化（EBM）增材制造技术是制备复杂结构TiAl合金有效途径,但目前对其高温性能研究较少。本文重点研究了电子束选区熔化增材制造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的显微组织、高温硬度及其高温氧化行为。结果表明,EBM成形Ti-48Al-2Cr-2Nb合金呈现出由等轴γ晶粒和双相区组成的独特层状组织;在800 ℃下恒温氧化100 h,表现出较低的氧化速率常数,形成的氧化膜主要由TiO2、Al2O3及TiO2 / Al2O3混合交替层组成,抗氧化性能优于传统方法制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金和其他TiAl合金。此外,900℃以下,该合金具有良好的高温硬度,显微硬度随温度的升高未发生明显的下降趋势。     

热处理对激光选区熔化成形Inconel 718合金显微组织结构和力学性能的影响

主要研究了激光选区熔化(selective laser melting,SLM)成形Inconel 718合金经固溶时效(SA)、均匀化+固溶时效(H+SA)、热等静压+固溶时效(HIP+SA)3种热处理后显微组织结构的转变与力学性能之间的关系.结果表明,沉积态试样的晶粒内部存在大量树枝晶结构,枝晶间析出了大量硬脆La...     

真空退火处理对选区激光熔化TA2纯钛显微组织及力学性能的影响

采用选区激光熔化工艺制备了医用TA2纯钛试样,利用光学显微镜、扫描电镜、万能材料试验机和维氏硬度计等分析手段对比分析了真空退火处理对试样显微组织和力学性能的影响,还利用氮氢氧联合测定仪研究了试样中含氧量的变化。结果表明,合适的真空热处理工艺能明显改变纯钛零件显微组织,从马氏体组织向近等轴组织转变;能有效改变制备零件的力学性能,使拉伸强度及屈服强度降低,塑性升高;除此之外,真空热处理还能降低制备零件的含氧量和硬度。经800 ℃真空退火保温1 h后,试样的显微组织为近等轴组织,其各项力学性能均满足GB/T 13810—2017《外科植入物用钛及钛合金加工材》要求,其抗拉强度为670.3 MPa,屈服强度为609 MPa,断后伸长率为20.3% ,断面收缩率为44.7% 。     

Impact of laser scanning speed on microstructure and mechanical properties of Inconel 718 alloys by selective laser melting

China Foundry - Inconel 718 alloys were fabricated by selective laser melting under different scanning speeds to investigate the change of the morphology of molten pool, direction of grain growth,...     

热处理时间对激光选区成形TC4钛合金组织及力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和电子万能试验机研究固溶时效工艺中时间参数对激光选区成形(SLM)TC4(Ti6Al4V)钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,退火态的SLM成形TC4钛合金的显微组织主要由连续的晶界α相(α_GB)、网篮状α相和β转变组织组成。经固溶时效处理后,试样的显微组织均呈现为网篮组织。在固溶温度为920 ℃,时效工艺为550 ℃×3 h,空冷的条件下,随着固溶时间从2 h增加为6 h,初生α相粗化明显,部分α_P相的晶粒长度可达16 μm;片状α相也发生粗化,晶粒长度由5~15 μm增长至20~30 μm,连续的晶界α相(α_GB)变得不连续,晶粒宽度由2.7 μm增长为4.4μm;同时,组织中出现了尺寸较大的α集束。试样的强度由1045.2 MPa增加为1156.9 MPa,断后伸长率由13.6%降低为6.7%。在时效温度为550 ℃,固溶工艺为920 ℃×2 h,水淬的条件下,随着时效时间从3 h增加为8 h,β转变组织的占比增加,初生α相的长度由40~60 μm减少为30~40 μm,晶界处连续的α_GB相晶粒宽度由2.7 μm增长为4.5 μm;片状α相稍有粗化,而试样的力学性能变化不大。因此,对于SLM成形TC4钛合金而言,在920 ℃固溶温度及550 ℃时效温度下,改变固溶和时效时间参数难以获得双态组织,且对综合力学性能的提高无显著影响。     

基于预合金粉末原料的粉床型电子束增材制造W-Ni-Fe-Co合金研究

采用等离子旋转雾化方法制备了W-Ni-Fe-Co预合金粉末,并进行了粉床型电子束增材制造成形。结果表明：W-Ni-Fe-Co预合金粉末由两种形貌的颗粒组成,一是球形粉末颗粒,二是由许多小颗粒粘结而成的不规则粉末颗粒。预合金粉末内部显微组织为γ- (Ni-Fe)相内部镶嵌着规则的W颗粒,γ- (Ni-Fe)相内部含有过饱和的W元素。在粉床型电子束增材造成形过程中,W-Ni-Fe-Co合金的显微组织显示出一定的遗传性,但是由于成形过程中细小的熔池会同时受到反冲压力、热毛细管力及马兰戈尼对流的作用,熔池的瞬时流动剧烈,促进了钨颗粒的重排过程,显微组织更为均匀。成形致密化过程主要为W颗粒的重排,并没有显著的W的溶解-析出过程。粉床电子束增材造成形的W-Ni-Fe-Co合金室温抗拉强度可达1098MPa,但是合金塑性较差,断裂方式主要为钨的穿晶断裂和周围γ- (Ni-Fe)相的韧性撕裂