激光增材制造FGH96镍基高温合金柱状晶微观组织研究

利用EBSD技术对激光增材制造FGH96镍基高温合金的柱状晶显微组织进行了研究,结果表明:激光增材制造FGH96镍基高温合金基本上为柱状晶组织,接近表面生成细小等轴晶。所制备不同厚度合金中的组织和织构存在差别,厚度为2mm时,组织主要以具有15°小角度晶界的柱状晶为主,大角度晶界只占约4%,柱状晶大部分为立方织构{001}〈100〉,含量为83.3%;厚度为5mm时,组织主要为柱状晶和等轴晶,柱状晶中全部为10°以下小角度晶界,柱状晶区域织构主要是{001}〈120〉和{001}〈230〉,含量分别为34.8%和43.3%,等轴晶区域主要存在一种织构{113}〈141〉,其含量为98.3%,等轴晶中主要存在5°以下的小角度晶界。     

Inconel 625镍基高温合金激光增材制造翘曲变形行为研究

为了明晰激光增材制造翘曲变形行为,获得相关变形规律。对Inconel 625高温合金激光增材制造工艺对零件变形量的影响进行了分析,实验结果表明:扫描路径的长度决定翘曲变形量的大小;不同工艺参数对翘曲变形量的影响程度不同;激光增材制造加工过程一般会同时引起两个方向的翘曲变形;同时翘曲变形量随着激光功率的增加而增加,随着扫描速度的增加而增加,随着送粉速度的增加而减少。     

镍基高温合金增材制造研究进展

镍基高温合金因其优异的高温强度及耐腐蚀、抗氧化性能而备受关注,被广泛应用于航空航天等领域。本文对增材制造镍基高温合金的制备方法、常见牌号以及合金的组织与性能进行了综述,总结了当前存在的问题,提出了未来值得探索的研究领域。金属增材制造技术制备的镍基高温合金具有良好性能,能实现复杂构件精密成形,且制备过程中材料浪费少,有望成为未来航空航天等领域中镍基高温合金构件的重要制备工艺。常见的镍基高温合金增材制造方法有粉末床熔化、定向能量沉积和电弧增材制造等,粉末床熔化被广泛用于制造高精度和复杂零件,但制造速度相对较慢,且设备和材料成本较高。定向能量沉积自由度和灵活性更高,可用于制备功能性梯度材料,但精度较低。电弧增材制造具有较低的设备成本和材料成本,适用于大型零件的快速制造,但其制备的合金表面粗糙度较差,需要进行额外的加工或后处理。在增材制造过程中被广泛研究的镍基高温合金包含IN625,Hastelloy X等固溶强化型和IN718,CM247LC,IN738LC等沉淀强化型高温合金。与传统的铸造和锻造方法相比,增材制造独特的逐层成型、快冷快热的制备过程带来了粗大的柱状晶粒组织和大量细小晶粒的独特...     

航天用镍基高温合金及其激光增材制造研究现状

新型航天器用镍基高温合金部件呈现出复杂化、薄壁化、复合化、一体化的发展趋势,使得传统的铸造或锻造加工技术无法胜任。基于逐层堆积的激光增材制造(LAM)技术是实现这类复杂部件制备的理想解决方案,能够进一步赋予高温合金更高的价值,极大地推动航天装备的发展。首先介绍了航天领域常用的镍基高温合金种类,然后以研究最多的IN 718和IN 625合金为例,总结了镍基高温合金增材制造的研究现状:归纳了镍基高温合金增材制造工艺优化方法,表明增材制造综合加工图和实验设计方法是两种行之有效的方法;指出了增材制造镍基高温合金材料的微观组织特点,讨论了增材制造后续热处理对材料微观组织和力学性能的影响规律,表明增材制造技术极快速冷却的特点引起镍基高温合金材料内部存在普遍的局部微观偏析现象,导致常规热处理工艺不再是最优工艺;并通过5个典型的增材制造镍基高温合金航天构件案例展示了增材制造技术的优势。在此基础上,针对镍基高温合金增材制造过程中存在的关键科学问题和技术难题,展望了增材制造镍基高温合金未来的研究方向。     

激光立体成形GH4169高温合金γ″相的高温粗化行为

采用激光立体成形技术制备GH4169高温合金块体,对其在720~780℃温度区间进行不同保温时间的双级时效处理,采用微观测试分析方法对高温短时时效处理后γ″相的形态、尺寸变化及粗化动力学行为进行研究。结果表明:激光立体成形GH4169合金在不同保温时间双级时效条件下,γ″相形态基本为圆盘形;和保温时间相比,时效温度对γ″相的影响更为显著;γ″相的粗化规律符合Lifshitz-Slyozov-Wagner(LSW)理论,计算获得γ″的粗化激活能Q=281.85kJ/mol,较锻造GH4169合金的γ″粗化激活能略高,表明激光立体成形GH4169合金的组织稳定性优于锻态。     

Inconel 625镍基高温合金激光增材制造内应力控制方式研究

基于有限元分析的方法,结合镍基高温合金的材料特性和增材制造工艺特点,对提出的几种激光增量制造内应力控制方式进行了数值模拟分析。模拟结果表明,提出的几种内应力控制方式如:单点预热应力控制方法、激光表面扫光内应力控制方法、基于环境温度的内应力控制方法及先分区成形再整体连接的内应力控制方法,都可有效去除激光增材制造加工过程中产生的内应力,几种方式简单易行,具有较强的工程实际意义。     

退火态激光选区熔化成形AlSi10Mg合金组织与力学性能

AlSi10Mg合金具有高比强度、高耐磨性等优良特点。由于其成分接近共晶点,成形性能良好,被广泛应用于激光选区熔化技术。然而其热处理制度仍然沿用传统铸态合金的热处理规范,影响了其性能的充分发挥。本工作采用激光选区熔化技术制备了AlSi10Mg合金,并研究了沉积态和后续热处理过程中组织演化规律及其对室温力学性能的影响机制。研究发现：沉积态组织由沿沉积方向生长的α-Al柱状枝晶及枝晶间网状Al-Si共晶组成,具有强烈的〈100〉方向织构,沉积层由三部分组成,分别是细晶区、粗晶区及热影响区,抗拉强度389.5 MPa,伸长率4%。退火过程中,共晶Si破碎、球化,基体中过饱和Si不断析出长大。当退火温度从200 ℃提高到500 ℃时,Si颗粒发生Ostwald熟化,平均尺寸增长了23倍。经过300 ℃和500 ℃退火处理后,试样抗拉强度分别为287.0 MPa和268.0 MPa,但伸长率分别提高到10.3%和17.2%。     

镍基高温合金增材制造研究进展EICSCD

镍基高温合金因其优异的高温强度及耐腐蚀、抗氧化性能而备受关注,被广泛应用于航空航天等领域。本文对增材制造镍基高温合金的制备方法、常见牌号以及合金的组织与性能进行了综述,总结了当前存在的问题,提出了未来值得探索的研究领域。金属增材制造技术制备的镍基高温合金具有良好性能,能实现复杂构件精密成形,且制备过程中材料浪费少,有望成为未来航空航天等领域中镍基高温合金构件的重要制备工艺。常见的镍基高温合金增材制造方法有粉末床熔化、定向能量沉积和电弧增材制造等,粉末床熔化被广泛用于制造高精度和复杂零件,但制造速度相对较慢,且设备和材料成本较高。定向能量沉积自由度和灵活性更高,可用于制备功能性梯度材料,但精度较低。电弧增材制造具有较低的设备成本和材料成本,适用于大型零件的快速制造,但其制备的合金表面粗糙度较差,需要进行额外的加工或后处理。在增材制造过程中被广泛研究的镍基高温合金包含IN625,Hastelloy X等固溶强化型和IN718,CM247LC,IN738LC等沉淀强化型高温合金。与传统的铸造和锻造方法相比,增材制造独特的逐层成型、快冷快热的制备过程带来了粗大的柱状晶粒组织和大量细小晶粒的独特微观组织,还形成了独特的熔池组织及位错胞结构。但是,通过增材制造得到的合金一般还需要进行热处理,对晶粒组织、析出相等进行调控,从而影响合金的力学性能。此外,增材制造镍基高温合金的力学性能还与具体制备方法和合金种类有关。尽管目前增材制造已被广泛用于镍基高温合金的制备,但仍面临组织与性能存在各向异性、高性能合金开裂敏感性高以及缺乏相应的规范和标准等问题,将来需要在热处理、专用合金的定制与开发、探索工艺-结构-功能关系以及计算建模等方面深入探索。     

增材制造镍基高温合金研究进展

镍基高温合金具有强度高、抗氧化能力好、蠕变强度和持久强度好以及抗燃气腐蚀能力的特点,被广泛应用于航空航天、汽车通讯、船舶制造等领域.近年来,增材制造技术的进步加速了增材制造镍基高温合金的发展.激光增材制造对于镍基高温合金的制备具有独特的优势,如生产周期短、成本低以及可进行功能预设等.对于航空发动机及燃气机轮中喷嘴、燃烧室等热段部件以及航天飞行器等复杂零件的成形制造非常有利.目前,相关方面的研究热点主要有激光增材制造过程中凝固组织的变化规律、工艺参数与熔池宏观形态间的关系、残余应力的分析以及缺陷的探究.本文综述了增材制造技术制备镍基高温合金的研究进展,简要概括了增材制造技术和镍基高温合金的发展概况,总结了用增材制造技术制备的镍基高温合金成形件的显微组织、后处理后组织的变化及其对力学性能的影响,最后阐述了增材制造镍基高温合金成形件存在的缺陷及解决方法.     

镍基高温合金CM247LC增材制造研究进展

航空航天领域的热端部件逐渐呈现结构复杂化和高耐热高承载的发展趋势,高温合金增材制造已成为高耐热承载复杂结构部件成形制造的重要技术方案。主要介绍了增材制造CM247LC合金微观组织特点,并对冶金缺陷形成机理与消除方法进行了综述。已有研究表明,增材制造CM247LC合金具有精细的晶粒尺寸,表现出强烈的<001>织构,增材制造CM247LC合金的胞界处存在尺寸约50 nm的颗粒状γ’相,并且胞界处存在Ti、Hf、Ta、W、C等元素明显富集的碳化物。裂纹是CM247LC合金在增材制造过程中最难以解决的冶金缺陷,仅通过优化工艺参数难以真正解决裂纹缺陷,合理优化成分有望实现裂纹消除,但优化了成分的合金在增材制造后的全面性能有待进一步评估。     

激光立体成形高性能金属零件研究进展

激光立体成形技术是从20世纪80年代初期发展起来的一项先进制造技术,能够实现高性能复杂结构金属零件的无模具、快速、全致密近净成形。该技术可以用于承受强大力学载荷的三维实体金属零件的快速制造,也可应用于具有较复杂形状和较大体积制造缺陷、误加工损伤或服役损伤零件的修复。主要围绕激光立体成形技术在追逐高力学性能方面的研究工作,综述了激光立体成形研究和应用的主要进展情况。对多种合金的大量研究工作表明:激光立体成形金属零件的综合力学性能同锻件相当,导致这样优越的力学性能的主要原因在于其材料组织致密、细小、均匀,可以通过优化成形工艺和热处理工艺而获得基本上没有冶金缺陷的状态。激光立体成形技术的主要应用对象是兼顾高性能和复杂结构的金属零件的制造和修复。实现高性能修复是激光立体成形技术最近的一个引人注目的研究进展,修复零件的力学性能可以仅在简单的退火热处理状态下即达到锻件力学性能标准,这使得过去认为不可修复的高性能重要金属零件具备了现实的修复技术途径,这必将是激光立体成形技术最有前景的应用方向之一。     

金属材料激光立体成形技术

对激光立体成形技术的基本原理，发展状况以及成形特性，凝固组织成形规律进行了系统深入的研究，发现要获得理想的成形效果，就必须对单层涂层覆厚度，单道涂覆宽度，搭接率等主要参数进行精确控制。在工艺研究的同时，对开形件微观组织形成规律进行了研究，发现其内部组织主要由外延生长的细长枝晶构成，其枝晶一次间距在10－30μm之间，在进一步严格控制工艺条件的基础上，获得了具有定向乃至单晶组织的试样。结合成形特性方面的研究结果，通过总结优化工艺，获得了不同合金的激光立体成形件，成形件内部致密，表面质量良好，无缺陷。     

选区激光熔化工艺参数对Ti-6Al-4V成形质量的影响

选区激光熔化是一种利用高能束选择性熔化金属粉末进而直接制造复杂几何形状产品的增材制造技术。采用选区激光熔化成形Ti-6Al-4V样品,分析影响选区激光熔化成形质量的主要因素,采用体式显微镜、金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计系统研究了不同工艺参数对Ti-6Al-4V合金选区激光熔化成形样品的表面形貌、致密度、组织、显微硬度的影响规律。研究得出Ti-6Al-4V合金选区激光熔化成形的优选工艺参数为:扫描功率450W,扫描速度2 500mm/s,扫描间距0.07mm,该工艺参数下打印出的样品具有较为优良的成形质量,致密度高达97.8%,显微硬度平均值为446HV。     

激光增材制造钢的后热处理研究现状

激光增材制造为非平衡凝固过程,容易产生组织应力及热应力,出现变形和开裂等现象。通过后热处理,能够达到改善激光增材制造金属构件组织、消除缺陷、优化性能的目的,因此,后热处理制度的优化成为合金钢件增材制造亟待解决的关键技术。针对合金钢的激光增材制造,综述了近年来激光增材制造钢的后热处理工艺的研究现状。选择典型的17-4PH不锈钢及316L不锈钢等增材制造钢,研究不同后热处理规范对组织形态、第二相质点分布的影响;及其相应的热处理前后的拉伸强度及伸长率等力学性能的变化情况。通过热处理规范的合理选择,能够显著改善增材制造钢的组织及机械性能。     

激光快速成形304不锈钢性能及微观组织研究

目的 满足实际生产需求,提高304不锈钢的抗拉强度。方法 在304不锈钢粉末中添加不同质量分数的Ni60AA粉末,采用激光束对粉末进行快速成形,得到不同的试样。通过金相显微镜对不锈钢试样的显微组织进行观察,利用拉力试验机对试样进行抗拉强度测试。结果 随着添加Ni60AA粉末含量的增加,板材试样的抗拉强度呈现出先增大后减小的趋势,当Ni60AA粉末的质量分数为10%时,试样抗拉强度最大,为754~771MPa。结论 添加Ni60AA粉末后,激光快速成形的304不锈钢板材试样微观组织中有部分镍化合物析出,形成强化相,304不锈钢试样的抗拉强度得到很大提高。     

Inconel 718 激光焊接接头组织与热影响区裂纹研究

采用CO2激光器对板厚为11mm的Inconel 718合金进行激光焊接,并利用金相分析和扫描电镜对Inconel 718激光焊接接头各区域组织以及热影响区显微裂纹产生的原因进行了分析。研究发现:利用激光对Inconel718进行焊接,可以获得成形良好的焊接接头;焊缝区域组织为铸造组织,从熔合线到焊缝中心由较长的树枝晶逐步变为等轴晶;热影响区因受循环热输入的影响,晶界较母材出现粗化现象,且在钉头缩颈处出现沿粗化的晶界扩展的液化裂纹,裂纹两侧存在低熔点共晶体,主要富集Nb及Mo元素,低熔点共晶体在热输入影响下发生液化是裂纹产生的主要原因。     

TC轴承激光增材制造工艺及组织性能研究

为解决常规方法制备TC轴承带来的磨损不均问题,提高TC轴承服役寿命,采用激光增材制造方法在钢制零件基体表面制备耐磨涂层。选用两套不同工艺参数分别在TC轴承内轴套外圆、外轴套内孔进行Cr3C2/Fe基耐磨材料的激光熔覆,获得了无气孔、裂纹且冶金质量优良的耐磨涂层。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)检测分析手段进行形貌观察、成分分析、物相表征,并使用数字显微硬度计、摩擦磨损试验机、盐雾腐蚀实验箱分别对熔覆层进行硬度、耐磨性和耐腐蚀性进行测试。结果表明:TC轴承耐磨涂层的平均显微硬度为HV700,耐磨性为Ni60涂层的3倍,耐腐蚀性接近于316L不锈钢。     

固溶时效处理对4043铝合金沉积层组织与性能的影响

目的 研究CMT增材制造的4043铝合金在固溶时效处理后的组织与性能变化规律。方法 利用基于冷金属过渡技术的金属丝材增材制造方法制造出4043铝合金试件,采用金相组织观察、硬度测试、室温拉伸性能测试、能谱分析等手段,观察并测试固溶时效处理后4043铝合金沉积层的组织与性能。结果 增材制造的沉积层与母材间的成分分布不均匀,Al多以树枝状晶形式存在,共晶Si以片状形式存在,固溶时效处理能够使沉积层内共晶Si聚集,元素扩散均匀。在540℃下固溶处理2 h、180℃下时效处理8 h后,性能提升最为明显。结论 使用增材制造方式制造零件后,可采用固溶时效处理的方式改善组织、提高性能,从而扩大使用范围。     

10Cr5NiMoV钢表面激光成形修复层的组织及性能研究

以Inconel 625合金为修复材料,分析了10Cr5NiMoV钢表面激光成形层的组织特点,并考察了修复样件的抗拉强度、耐蚀和耐磨性能。结果表明,修复试样无裂纹、熔合不良等缺陷,热影响区宽度小于300μm,修复区枝晶细小,枝晶间为针状NbC和不规则形状Laves相;修复区和基体形成良好的冶金结合,拉伸试样断裂于基体,抗拉强度854MPa;修复区的硬度高于基体,低于热影响区,耐蚀性比基体提高约15倍,耐磨性提高约1.6倍。