激光选区熔化成形高性能钛合金微观组织调控与力学性能分析

采用激光选区熔化成形技术制备Ti6Al4V合金试件,通过光学显微镜、扫描电镜和断口形貌分析,系统研究了成形态试样显微组织对力学性能的影响。对比不同打印参数下的微观组织特征,显示沿沉积方向形成β柱状晶,晶内主要分布着针状马氏体α′相,α′相含量越高塑性越差,控制工艺参数可以使针状马氏体α′相原位分解形成α+β相,有利于提高塑性。通过调节激光功率和扫描速度,制备了综合力学性能优异的试件,其抗拉强度达到1 301 MPa,屈服强度达到1 102 MPa,延伸率为7.94%。选区激光熔化成形钛合金经组织调控发生原位分解后,拉伸性能得到提高。     

热处理对激光选区熔化成形TC11钛合金组织性能的影响

研究了退火温度和保温时间对激光选区熔化(SLM)成形TC11钛合金组织性能及断裂机制的影响。结果表明:SLM成形TC11钛合金沉积态的组织为针状马氏体,显微硬度为402 HV_(0.5),抗拉强度和断后伸长率分别为1557 MPa和2.5%,表现出高强度、低塑性的特点。经850℃/4 h和950℃/4 h退火后,组织分别为细密的α+β混合组织和α+β网篮组织,硬度和强度降低,断后伸长率升高;且断裂模式由沿晶断裂转变为韧性断裂,这与断后伸长率的变化规律一致。经950℃退火后,随退火时间缩短,α片层越细密,且晶界α相由连续分布转变为非连续分布,导致抗拉强度和断后伸长率同时增加。经950℃/1 h退火后,可获得强度和塑性匹配较佳的TC11钛合金,其抗拉强度和断后伸长率分别为1051 MPa和19.8%。     

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。     

激光选区熔化成形Al-Mg-Sc-Zr合金的微观组织及力学性能

高强铝合金因其优异的比强度和塑性在航空航天领域得到广泛应用,近年来快速发展的增材制造技术为制备高强铝合金提供了新的方法。为此,利用激光选区熔化（SLM）成形技术制备了Al-Mg-Sc-Zr合金。通过X射线计算机断层扫描技术、光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射（EBSD）和室温拉伸试验对合金的微观组织和力学性能进行表征和研究。研究结果表明：SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金的成形质量较好,孔隙率仅为0.0013%,最大孔隙尺寸为126μm。合金的微观组织分为粗晶区和细晶区,熔池内部为粗晶区,熔池边界为细晶区。熔池边界处的Al3(Sc,Zr)颗粒为Al晶粒析出提供了大量形核位点,使得晶粒细化效果显著。试验得到平均晶粒尺寸为3μm,在更小的EBSD扫描步长下测得细晶区的平均晶粒仅为0.6μm。SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金的拉伸性能优异,各向异性较小。横向试样的拉伸强度略高,其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别达到465 MPa、508.2 MPa和14.07%。SLM快速冷却的特性和添入的Sc、Zr元素使SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金拥有良好的成形质量、细化的晶粒组织和纳...     

激光选区熔化成形TC4钛合金薄壁件变形与残余应力

增材制造（3-D打印）作为一种近净成形技术，为钛合金薄壁件高质量毛坯制造提供了新途径，但在薄壁件成形过程中产生的变形与残余应力会影响试件的成形质量与后续加工。为了解决这一问题，采用激光选区熔化成形TC4钛合金薄壁件，研究了激光功率、扫描速率、薄壁厚度和扫描路径方向对试件变形与残余应力的影响，测量了试件不同深度的表面残余应力。结果表明，变形主要在薄壁件顶层两侧，最大残余应力主要分布在试件底层与薄壁件中间；当激光功率为180W、扫描速率为1200mm/s时，试件变形最小；当壁厚为0.6mm、扫描路径方向45°时，试件残余应力最小；薄壁件的未处理表面残余应力大于内层表面残余应力。该研究为钛合金薄壁高质量毛坯制造提供了技术帮助。     

激光选区熔化成形TA7 ELI钛合金显微组织及力学性能研究

针对TA7 ELI钛合金开展激光选区熔化(SLM)成形工艺研究,获得激光功率P、扫描速度V对致密度的影响规律,进一步分析激光能量密度对缺陷的影响,并基于最佳成形工艺参数开展显微组织及力学性能分析。研究表明,SLM成形TA7 ELI致密度随激光功率P的升高先增加后降低,随着激光能量密度增加先增加后降低。当激光功率P为280 W、扫描速度V为1 000 mm/s、扫描间距H为120μm、铺粉层厚t为30μm时,成形试样致密度最高为99.89%,此时激光能量密度为78 J/mm³。SLM成形TA7 ELI沿着沉积方向为外延生长柱状晶,垂直沉积方向为等轴晶组织,晶内由平行或交错分布的细小针状α′马氏体组成。TA7 ELI沉积态抗拉强度超过1 050 MPa,延伸率达到15%,拉伸断口均匀密集分布等轴韧窝,表现为典型的韧性断裂特征。     

激光选区熔化TC4钛合金工艺参数对成形件表面质量的影响

采用正交试验,研究在选区激光熔化快速成形的过程中,激光功率P、扫描速度v、铺粉厚度h以及扫描间距s4个参数对TC4钛合金成形件上表面粗糙度、侧面粗糙度和表面硬度的影响规律。研究表明,4个参数对上表面粗糙度影响的重要次序为激光功率、扫描速度、铺粉厚度、扫描间距;对侧面粗糙度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描速度、扫描间距;对表面硬度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描间距、扫描速度。试验可得形成TC4成形件表面质量的最佳工艺参数为：激光功率200 W,扫描速度600 m/s,铺粉厚度0.04 mm,扫描间距0.06 mm。     

选区激光熔化成形多孔铝合金的显微组织及微观力学性能研究

选区激光熔化(SLM)技术是一种典型的快速成形技术,使用高能激光束熔化金属粉末,逐层堆积,直接成形复杂高性能金属零部件。为了对SLM成形多孔铝合金的性能进行研究,利用扫描电子显微镜、能量色散X射线荧光光谱、纳米压痕等测试手段分析了多孔铝合金的表面形貌、孔隙率、显微组织、相组成及微观力学性能。结果表明,激光功率为130 W时,孔隙率达到最大,多孔合金的显微组织细化,晶粒尺度达到纳米级别;激光功率变化对多孔铝合金的纳米硬度影响较大,但对弹性模量的影响不明显,其中α-Al相的弹性模量约为65 GPa,α-Al+Si共晶组织相的弹性模量约为85 GPa。     

基于单熔道试验的选区激光熔化成形TC4钛合金表面成形质量研究

基于单熔道试验的基础参数,设计了单熔道、多熔道搭接、单层成形搭接试验,研究了钛合金3D打印过程中点到线、线到面、面到体的成形工艺及表面成形质量。首先通过单熔道试验确定了成形质量较好的工艺参数区间,并依此参数进行了多熔道搭接和单层成形试验,分别研究了成形表面质量和工艺参数对成形精度的影响,对层间的搭接形貌和缺陷展开了分析,进一步优化了工艺参数;打印了成形块体,对前面的分析结论进行了验证。试验结果表明:采用高功率、低扫描线间距,适当降低曝光时间可有效提高表面成形质量,降低Sa值,Sa值最低可以达到3.85μm;扫描线功率显著影响成形精度尤其是成形厚度,采用高功率、较低的曝光时间可以减少成形后的厚度误差,误差最小可以达到3.96‰。     

激光选区熔化成形316L不锈钢组织和力学性能分析

为了综合评价激光选区熔化成形316L不锈钢的力学性能,制备了不同成形方向的316 L不锈钢试样,观察了试样微观组织,测试了其拉伸性能、布氏硬度、冲击性能、弯曲性能.结果表明,微观组织主要为胞状晶及呈外延生长的柱状晶,且柱状晶晶粒取向各不相同,在相邻熔覆道熔合线附近的晶粒尺寸大于远离熔合线区域.激光选区熔化制备的试样的抗...     

镍钛合金激光选区熔化成形技术研究进展

镍钛合金是一种常见的智能材料,具有优良的形状记忆效应,在航空航天、医学和电子等领域具有广泛应用。激光选区熔化技术能够突破传统制造工艺的局限,成形出形状复杂且性能优异的镍钛合金构件,使构件的形状、性能和功能在时间和空间维度上实现可控变化,是"4D打印"的研究热点方向之一。本文简要介绍了激光选区熔化成形镍钛合金的国内外研究进展与技术现状,分析了成形工艺、热处理工艺等对镍钛合金成形件相变温度以及形状记忆效应和超弹性两大性能的影响,总结了激光选区熔化成形镍钛合金较为适宜的工艺参数,并对SLM成形镍钛合金的未来发展进行了展望,为镍钛合金激光选区熔化"4D打印"提供参考。     

激光熔化沉积TC11钛合金的组织与力学性能

再现大型结构件实际成形热过程,研究了激光熔化沉积TC11钛合金的组织特征与力学性能。结果表明,沉积态试样的粗大柱状晶内α+β网篮组织比等轴晶内的更均匀、细小,等轴晶内分布有大片α集束区,晶界处产生了大量连续α相;由于后续沉积层对已沉积层的表层重熔及热处理效应,层间过渡区产生了明显的α相粗化,α相比例增加,因此沉积态试样的室温力学性能各向异性显著。经过950℃保温1 h和550℃保温2 h的双重退火后,退火态试样晶界处的连续α相几乎完全破碎,α+β网篮组织分布更加均匀,室温力学性能各向异性完全消除,塑性大幅增强,综合力学性能基本与锻造态的一致。     

热处理对激光熔化沉积TC17钛合金显微组织及力学性能的影响

激光熔化沉积(LMD)TC17钛合金在航空航天领域具有广阔的应用前景,其沉积态试样强度较高但塑性较差,为了改善其综合力学性能,首先对LMD TC17钛合金进行退火处理,结果表明随退火温度升高α相含量逐渐减小,α片层粗化,塑性升高而强度下降,且退火后LMD TC17钛合金拉伸性能未达到盘件技术标准。进一步研究固溶时效对其组织性能的影响,固溶温度升高将使初生α相(αP)相含量降低、αP片层粗化;时效温度升高使次生α相(αS)粗化。拉伸性能受αP、αS相含量、α片层厚度等因素影响,β基体上均匀弥散析出细小αS的组织将有利于提高强度,αP含量增加、组织粗化有利于提高塑性,通过800℃/4h固溶处理后水淬以及630℃/8h空冷热处理可以使LMD TC17钛合金获得较优的强塑性匹配,拉伸性能达到盘件技术标准。     

激光选区熔化Ti-1023合金微观组织及力学性能研究

采用真空电弧熔炼（VAM）和激光选区熔化（SLM）技术制备了Ti-1023合金试样,并对其组织性能进行了测试分析。结果表明：SLM快速冷却条件抑制了β→α的相变过程,形成了全β相组织,而VAM试样由α+β双相组织构成。虽然SLM样品缺少高硬度α相,但快速冷却条件带来的高密度位错阻碍了位错运动,使得其屈服强度与VAM试样相近。α/β相界面会阻碍位错滑移,从而导致塑性降低,而SLM试样全β相组织可避免α/β界面的产生,并在变形中产生了应力诱导马氏体相变,使得断裂延伸率提升至VAM试样的5倍以上。     

激光选区熔化成形Ti-6Al-4V钛合金的显微组织及性能

采用激光选区熔化成形技术制备了Ti-6Al-4V钛合金材料, 研究了Ti-6Al-4V成形态的组织特点, 并考察了退火处理对Ti-6Al-4V成形件显微组织及力学性能的影响。Ti-6Al-4V激光选区熔化成形试样的组织形态呈现沿堆积高度方向定向外延生长的粗大柱状晶组织, 晶内呈现典型的α+β板条组织。经退火处理后, 组织中α板条粗化, 成形试样的综合力学性能得到改善。     

选区激光熔化成形24CrNiMo合金钢的组织结构与力学性能

采用选区激光熔化(SLM)技术制备了24CrNiMo合金钢件,研究了SLM工艺参数对成形合金钢件显微组织、致密度、硬度及拉伸性能的影响。结果表明:成形合金钢的显微组织由回火马氏体和少量残余奥氏体组成;随着激光功率增大和扫描速度降低,熔池体积增大,冷却速度降低,回火马氏体板条粗化,热影响区变宽,合金钢的硬度降低;同时,成形合金钢内未熔合孔洞减少,致密度增加;当激光功率为320 W、扫描速度为750 mm/s时,合金钢的致密度最高,为99.93%;当激光功率为320 W、扫描速度为950 mm/s时,成形合金钢的拉伸性能最佳,其抗拉强度和屈服强度分别为1362 MPa和1252 MPa,延伸率为16.2%。在合适的激光成形参数下,SLM成形24CrNiMo合金钢的综合力学性能明显优于铸态合金钢。     

激光快速成形TA15钛合金热处理组织及其力学性能

采用激光快速成形方法制备了TA15(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)钛合金厚壁件,研究了不同退火温度对激光快速成形TA15钛合金组织和室温拉伸力学性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,粗大β晶内的初生α相板条体积分数减少,而β转变组织体积分数增加,且β转变组织形貌由板条状(β)→层片状(α+β)→细层片状(α+β)转变。力学测试结果表明,经940 ℃/1 h,空冷热处理后,激光快速成形TA15钛合金室温拉伸力学性能达到最优;而当退火温度大于等于970 ℃时,其室温拉伸力学性能大幅度降低,拉伸断口扫描电镜(SEM)照片表明,室温拉伸断裂为脆性断裂。     

点式锻造激光沉积TC17钛合金热处理组织与力学性能

采用点式锻造激光沉积技术在TA0基板上成形三维TC17厚壁件.利用光学显微镜、扫描电子显微镜、单向拉伸试验和显微测试硬度来分析其沉积态和退火态组织与力学性能.结果 表明,原始宏观晶粒呈等轴状形貌,晶粒内部以大量初生细小α板条、少量的等轴α相和β转变组织形成.分别对沿沉积高度方向和垂直沉积高度方向做室温单向拉伸试验,两个...