CMT电弧增材制造316L不锈钢成形精度与组织性能分析

以冷金属过渡电弧增材制造的方法成形了316L奥氏体不锈钢单道多层薄壁件,分析了不同焊接参数下材料的成形宽度、侧面成形误差、沉积有效率以及显微组织的变化. 结果表明,随着焊接速度的减小,成形试样的宽度逐渐增大;随着热输入的增加,侧面成形误差呈先减小后增大的趋势,沉积有效率呈先增大后减小的趋势,侧面成形误差与沉积有效率的变化相反. 沉积效率越大,侧面成形误差越小,成形有效率可达到90%以上. 成形件显微组织为γ-Fe和δ铁素体,δ铁素体形貌有树枝状和蠕虫状两种. 显微硬度测试结果显示在垂直于沉积方向和平行于沉积方向硬度值变化不大,这与各方向成形材料的显微组织比较均匀有关.     

多路粉末送进激光立体成形钨合金组织凝固形态分析

钨合金因具有优异的高温性能和抗蠕变、辐射、耐磨等性能在核工业、电子、兵器工业中备受关注。采用多路粉末送进的激光立体成形方法在碳钢基体表面制备了不同组分的Wi-Ni合金材料,研究了激光工艺参数对单道单层和单道多层W-Ni合金的微观组织的影响,利用CA模型进行了W-Ni合金的枝晶生长模拟,利用能谱和SEM表征的W-Ni合金成分及微观组织进行了对比。结果表明:合适的激光立体成形(LSF)工艺参数下,通过多路元素混合可以形成不同组分的W-Ni合金,合金内部组织致密,主要由未完全溶化的钨颗粒,以及W-Ni、W-Ni-Fe的化合物组成;多层沉积后,合金形成了明显的分层结构,组织从底部W-Ni-Fe杂乱枝晶逐渐过渡到顶部W-Ni二元共存的形态;CA模型的计算表明,在熔池底部无法消除等轴晶带来的影响,与试验结果一致;W90%-Ni(质量分数)的强度达到了882 MPa。     

合金化效应对Ni-W镀层力学性能的影响

本文通过研究微量合金元素W添加（< 2.0 at.%）对电沉积Ni-W镀层表面形貌、微观组织和力学性能的影响,探索了材料制备工艺与微合金化对改善Ni-W镀层组织、进一步提高力学性能的内在机制。结果表明,Ni-W镀层为单相FCC结构,随着W含量的增加,镀层表面形貌从粗大的棱锥界面沟槽转变为均匀分布的微孔,同时表面粗糙度和晶粒尺寸逐渐减小,且镀层中Ni(220)衍射峰的强度也逐渐减弱;而镀层的屈服强度在1.0 at.%W含量左右发生突增,从~1.0 GPa增长到~2.0 GPa,拉伸延伸率却没有明显变化。此外,Ni-W镀层具有比较稳定的应变硬化能力,基本不随合金元素含量而变化。本文通过微合金化对表面形貌和微观组织的调控,实现了低W含量Ni-W合金镀层的力学性能优化。     

Ni包WC含量对激光熔覆Ni45/Ni-WC复合涂层显微组织与性能的影响

利用光纤激光器在Q235钢上激光熔覆Ni包WC粉末增强Ni45合金涂层,系统研究了不同Ni包WC含量下熔覆层组织形貌、稀释率和显微硬度的变化规律。结果表明:WC颗粒受到激光辐照会发生熔解,并与周围元素相互作用形成低熔点共晶。随着Ni包WC含量的增加,熔覆层的稀释率逐渐增大,且熔覆层γ-Ni枝晶持续增多且细化。随着Ni包WC含量的增加,熔覆层的平均显微硬度也逐渐增加,当未添加Ni包WC时,熔覆层显微硬度约为基体的3倍;当Ni包WC质量分数增加到30%时,熔覆层平均显微硬度可达到基体的4倍。     

合金化效应对Ni-W镀层微观组织和力学性能的影响

通过研究微量合金元素W(2.0at%)添加下,电沉积Ni-W镀层表面形貌、微观组织和力学性能的变化,探索了材料制备工艺与微合金化对改善Ni-W镀层组织、进一步提高力学性能的内在机制。结果表明,Ni-W镀层为单相fcc结构,随着W含量的增加,镀层表面从粗大的棱锥界面沟槽转变为均匀分布的微孔,同时表面粗糙度和晶粒尺寸逐渐减小,且镀层中Ni(220)衍射峰的强度也逐渐减弱;而镀层的屈服强度在1.0at%W含量左右发生突增,从约1.0 GPa增长到约2.0GPa,拉伸延伸率却没有明显变化。此外,Ni-W镀层具有比较稳定的应变硬化能力,基本不随合金元素含量而变化。本研究通过微合金化对表面缺陷和微观组织的调控,实现了低W含量Ni-W合金镀层的力学性能优化。     

基于不同Mo添加的激光立体成形Ti-6Al-xMo合金的显微组织演化和力学性能研究

本文采用激光立体成形技术(Laser Solid Forming,LSF),基于Mo当量混合Ti、Al、Mo粉末沉积新型Ti-6Al-xMo(x＝2、3、4)钛合金,研究了其显微组织形成与室温拉伸性能。结果表明：三种合金的凝固组织均呈现沿<100>方向生长的粗大柱状晶,顶部为细小等轴晶,且随着Mo含量的增加,柱状晶宽度逐渐减小,等轴晶层厚度逐渐增大;初生β晶粒中的微观结构是由初生α板条和残余β相组成的,还存在晶界α和α束域,通过电子背散射衍射(Electron Backscatter Diffraction, EBSD)分析发现三种成分均出现12种α变体且出现变体占优现象;随着Mo含量的增加,Ti-6Al-xMo强度硬度增加,延伸率减小,初生α板条宽度和面积比减小,增加到Ti-6Al-4Mo时,晶内出现次生α相。相比之下激光立体成形Ti-6Al-2Mo、Ti-6Al-3Mo分别具有抗拉强度962MPa、延伸率11.5%和抗拉强度982 MPa、延伸率9.2%的优异室温拉伸性能。     

贫碳WC-12%(Co+Ni)硬质合金微观组织与性能

硬质合金的组织和性能对C含量具有很高的敏感性，但对WC硬质合金两相区下限碳含量的综合性能研究甚少。本文分析了两相区下限附近碳含量（5.06%～5.21%）对烧结制备WC-12%(Co+Ni)硬质合金微观组织和性能的影响。研究发现：在两相区内较高C量会抑制Ostwald机制(较小颗粒溶解而较大颗粒继续长大的机制)中WC的溶解过程；在两相区以下较低C量，脱碳相的存在会抑制Ostwald机制中WC的沉积过程。随着碳含量的增加，WC平均晶粒度呈先增大后减小的趋势，在C含量为5.11%时达到最大值。碳含量的增加会影响W的溶解度，W在缺碳区形成η相和在两相区沉淀形成WC都会造成黏结相W溶解度的降低。能谱(EDS)显示碳含量为5.21%时合金黏结相溶解的W约19.41%，较5.11%碳含量的合金下降了19.45%。碳含量和微观组织对硬质合金的性能具有敏感性：密度随碳含量的增加略有下降，而钴磁上升却很明显；合金的洛氏硬度HRC和抗弯强度随着碳含量成抛物线变化趋势，在5.16%达到极大值，分别为83和2070 MPa。     

热处理对Inconel625/X90堆焊层组织及性能的影响

目的研究不同固溶温度对堆焊层组织及力学性能的影响规律。方法对Inconel625堆焊层分别进行850、910、980℃的固溶处理,采用金相显微镜、SEM、EDS进行显微组织观察及堆焊层元素分析,并测试其硬度。结果堆焊熔合线附近出现魏氏组织和马氏体层,且合金元素含量迥异,在基材和熔敷金属之间形成较高的浓度差,使硬度分布极不均匀,经不同热处理后,魏氏组织得以消除,马氏体层也随着温度的增加而逐渐消失,合金元素的分布变均匀。850℃固溶处理后,敷材扩散区的Ni、Cr和Fe质量分数分别为36.14%、28.31%和18.27%,相比于堆焊态,合金元素发生了较大扩散;980℃固溶处理时,合金元素的分布最均匀,相对于堆焊态合金元素的含量,Ni含量下降约16.27%,Cr含量下降约8.32%,Fe含量上升约37.76%。未处理时的硬度从敷材至基材呈先下降、后升高的V型趋势,经850℃和980℃固溶处理后,试样硬度趋于均匀,热影响区硬度比未处理的有明显提高,分别提高24HV和32HV。结论热处理后,堆焊层的组织及元素分布变均匀,硬度分布曲线趋于直线,并随固溶温度的升高,各区元素含量的波动逐渐减小,元素分析曲线过渡平滑,晶粒度逐渐增大。     

Influence of Mo Content on Microstructure and Microhardness of Laser Solid Formed Ti-6Al-Mo System Alloys

以混合 Ti、Al、Mo 元素粉末为原料制备新型 Ti-6Al-yMo (3≤y≤11)合金,并研究了合金沉积层的显微组织及硬度。结果发现:随着 Mo 含量的增加,合金沉积层的初生α束域体积分数逐渐减小,同时 Ti-6Al-yMo 合金的组织逐渐由魏氏组织转变为网篮组织形态,初生α相的尺寸和长宽比均随着 Mo 含量的增加而减小,次生α相的体积分数随着 Mo 含量的增加而增大。对激光多层沉积 Ti-6Al-yMo 合金的显微硬度进行了测试,结果发现:在所采用的合金成分范围内,Mo 含量小于 11%时,随着 Mo 含量的增加,激光多层沉积 Ti-6Al-yMo 合金沉积态的硬度几乎呈线性增加。     

钨含量对Ni-W合金镀层结构及耐蚀性能的影响

以硫酸镍及钨酸钠为主盐,采用电沉积法在Cu基体上制得了Ni-W合金镀层.通过X射线衍射分析、X射线荧光探针、金相显微镜、显微硬度计和电化学等测试手段研究了合金镀层的组织结构、表面形貌、力学性能及在3%NaCl溶液中的耐蚀性能.结果表明,镀层结构和性能与镀层中的W含量密切相关.当W含量＞21%(原子分数,下同)时,镀层为非晶态结构;当W含量＜21%时,镀层为晶态结构;且当W含量在20%左右时,镀层为柱状晶结构.硬度测试结果表明,Ni-W柱状晶镀层及非晶态镀层的维氏硬度HV0.1均达到了5800 MPa以上;两镀层光滑平整,与基体结合紧密.动电位极化测试结果表明:2种镀层在3%NaCl溶液中均存在自钝化现象,并形成较宽的稳定钝化区,钝化区间宽度远优于1Cr18Ni9Ti不锈钢,且发生均匀腐蚀,表现出良好的耐蚀性.并且,随着W含量的增加,镀层的硬度和耐蚀性不断提高.     

激光增材制造高Nb含量GH4169合金微观偏析行为研究

目的减轻不同热处理状态下激光增材制造高Nb含量GH4169合金组织中的微观偏析。方法采用激光增材制造方法对球磨Nb合金化后的合金粉末进行快速成形,获得具有较高Nb含量的GH4169合金试样。通过光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱分析、维氏硬度测试方法,对沉积态、固溶态和直接时效态试样进行分析,研究因合金中Nb含量变化引起的微观偏析对沉积态和热处理态合金的枝晶组织和显微硬度的影响。结果随着Nb含量的增加,一方面,由于枝晶间的Nb含量增加,枝晶间(γ+Laves)共晶数量增加,且共晶组织形貌更为连续;沉积态试样的显微硬度由228.4HV增大至534.1HV。另一方面,枝晶干Nb元素含量增加,枝晶干与枝晶间Nb元素含量的差异缩小,Nb元素的偏析比由8.59减小至4.13。后续固溶处理后,枝晶结构逐渐消失,枝晶间Laves相的数量随之减少,枝晶干与枝晶间的微观偏析减轻;固溶态试样硬度值随之减小,减小趋势随固溶温度的升高而逐渐平缓。随着Nb含量的增加,直接时效处理后,各试样显微硬度值在微观区域内的均匀性提高,枝晶干与枝晶间强化相的析出差异减小。结论合适的热处理制度既可以实现合金元素的均匀化,还能减小枝晶干与枝晶间强化相的析出差异,减轻激光增材制造高Nb含量GH4169合金组织中的微观偏析。     

激光焊接工艺对BIM钢结构焊接接头组织与性能的影响

研究了激光功率和焊接速度对DX51D/JFE-HITEN780S不等厚钢结构钢板激光焊接接头成形质量、显微组织和硬度的影响。结果表明,激光功率在1.0 k W及以上时,焊接接头可焊透,且随着激光功率的增加,焊缝正面熔宽和背宽都呈现为逐渐增加的趋势;不同激光功率下的焊接接头焊缝区组织都为板条马氏体+铁素体,且随着激光功率的增加,板条马氏体愈发粗大,焊接接头焊缝硬度平均值呈现逐渐增加的趋势。焊接速度在1600~2400 mm/min时,焊接接头具有较好的焊接成形质量,随着焊接速度的增加,焊接接头焊缝处的正面熔宽和背面熔宽都呈现逐渐降低的特征,焊缝区板条马氏体含量逐渐减少,而铁素体含量逐渐增多,同时焊缝中心的晶粒有所细化;DX51D/JFE-HITEN780S异质钢板适宜的焊接激光功率为1.2 k W、焊接速度为2400 mm/min,此时焊接接头具有良好的焊接成形质量,焊缝区硬度较大且在热影响区中不存在软化点。     

线能量密度对电子束增材制造W-Ni-Fe合金致密化过程的影响

采用粉床型电子束增材制造技术制备了90W-7Ni-3Fe高比重钨基合金,研究了不同的线能量密度对合金的显微组织及致密化过程的影响。结果表明:电子束增材制造成形的90W-7Ni-3Fe合金的组织由W颗粒和Ni-Fe固溶体粘结相组成,粘结相内溶解了一定量的W,随着线能量密度的增大,粘结相的含量及其内部W的含量增大;在不同的线能量密度下合金的致密化过程略有不同:在低的线能量密度下(0. 24 J/mm),合金的致密化过程主要是钨颗粒的粘结,随着线能量密度的升高(0. 3～0. 75 J/mm),出现了W颗粒的重排和W在Ni-Fe固溶体里的溶解-析出,随着能量密度继续增大(1. 0 J/mm),出现了一定量的钨颗粒的熔化和低熔点元素Ni、Fe的挥发,且随着钨在粘结相中的含量升高,合金的固溶强化作用增强,显微硬度相应提高。     

Al、Ni对AlCoCrFeNiTi_(0.5)高熵合金组织结构的影响

研究了偏析元素Al、Ni的含量对Al Co Cr Fe Ni Ti0.5高熵合金组织结构的影响。采用XRD和SEM对该合金的组织进行了检测,分析了混合熵、混合焓、原子半径差、平均价电子浓度变化与组织结构变化的影响规律。结果表明:Al元素含量减小,合金中析出了FCC相,且合金组织形貌影受响明显;Ni元素含量减小,合金中BCC相衍射峰的强度增大;Al、Ni元素含量同时降低,合金中析出了σ相等金属间化合物相,且合金硬度增大。     

形变热处理对Zn-Cu-Ti合金组织与性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜观察和力学性能测试方法,研究了形变和热处理对微合金化Zn合金的组织与性能的影响。结果表明,随着变形量的增加,Zn-2.1Cu-0.06Ti合金的显微硬度呈现先增加而后减小的趋势,当冷变形量达到70%时显微硬度取得最大值;随着Cu含量的上升,导致Zn-Cu-Ti合金的显微硬度下降的温度也逐渐升高;一定范围内Cu的添加可以提高纯Zn的显微硬度和抗拉强度,Ti元素含量的增加可以改善Zn-Cu-Ti合金的韧性。     

选区激光熔化成形AlSiMg3合金

基于选区激光熔化（SLM）技术熔体快速冷却的特点,通过提高Al-Si-Mg合金中Mg的含量,设计获得SLM技术专用AlSiMg3合金。系统研究了不同工艺参数和时效处理条件对SLM成形AlSiMg3合金组织和硬度的影响。结果表明,SLM成形样品均由α-Al、Si和Mg2Si相构成。高激光能量密度有利于增加粉末样品的成形性,当激光功率为160 W,扫描速度为200 mm/s时,样品具有最低孔隙率0.07%。随着激光扫描速度的增加,样品中富Si组织的比例逐渐升高,Mg元素在α-Al中固溶量逐渐增大,使得SLM成形样品的硬度逐渐升高,最大值为194±3 HV。样品经150 ℃时效处理后,由于α-Al内部纳米颗粒的析出,导致样品硬度增大,最大值为210±2 HV,远高于现有报道的SLM成形Al-Si和Al-Si-Mg铝合金。本研究报道了成形性和力学性能优异的SLM专用Al-Si-Mg合金。     

熔炼法制备不同W含量的Ni-W合金的研究

研究了W含量为15％～30％的Ni-W合金的组织形貌、相结构以及显微硬度.结果表明:不同W含量的4种合金都形成了Ni(W)单相固溶体;随着W含量的增加,晶界处氧化物增加,合金显微硬度也随着增加.     

内熔体浇口位置对7075／6009合金铸锭成分和内层组织的影响

为了控制梯度复合铸锭横截面上的内层组织分布,通过改变内熔体浇口在结晶器中心线上的不同位置,采用双流浇注半连续铸造技术制备内层合金宽度不同的7075/6009梯度复合铸锭,分析不同内层合金宽度的铸锭横截面上的宏观组织、硬度分布及其微观组织的二次枝晶间距,探讨内熔体浇口位置对双流浇注半连续铸造技术的内熔体形成液穴的影响.结果表明:随着内熔体浇口探入结晶器深度的加大,铸锭横截面的内层合金组织的宽度逐渐加大,洛氏硬度始降点逐渐外移,铸锭横截面的Zn含量始降点也逐渐外移,半径为10 mm处的二次枝晶间距逐渐缩小.     

Ni-W,Ni-Fe合金纳米晶涂层电沉积与性能研究

采用电沉积技术制备了Ni—W，Ni—Fe合金纳米晶，选择主盐浓度、电流密度、镀液pH值、温度等4个工艺参数进行正交试验，通过极差分析，探索了多因素对沉积速率的影响，并对Ni—W，Ni—Fe合金纳米晶镀层的组织结构和显微硬度进行评价。结果表明：通过控制主盐浓度和操作条件，可以获得不同成分的Ni—W，Ni—Fe合金纳米晶；主盐钨酸纳对于Ni—W合金沉积影响最大，而硫酸铁对Ni—Fe合金沉积影响极小；两种合金纳米晶镀层具有较高的硬度，且表面光亮，与基体结合牢固。     

激光微熔覆沉积成形工艺参数对沉积组织的影响

通过改变激光微熔覆沉积制造过程中的激光功率和扫描速度,研究了成形工艺参数对TC4合金组织和显微硬度的影响。结果表明：激光微熔覆沉积组织可以为贯穿整个熔覆层的外延生长的柱状晶,也可能下部晶粒延续着前一层的柱状晶生长,最上部为快速凝固的枝晶薄层。宏观上存在明暗两个组织区域,当P/V值小于40 W?s?mm-1时,成形试样的显微组织顶部区域为明区,下部为暗区。两个区域的组织都为细长针状马氏体,明区组织更细密。同时,明区的硬度要比暗区高,并且随着激光功率的增加或扫描速度的减小,顶部明区的宽度增加,而明区和暗区的硬度都呈下降趋势。反之为暗区在上,明区在下。此时,明区的组织仍然是细针状的马氏体组织。暗区是由于发生了固溶时效处理,细针状马氏体组织粗化,同时暗区的硬度要高于明区的硬度。