激光增材制造微观结构模拟与力学性能预测

提出一种考虑粒子数量的激光增材制造热源模型,模拟同轴送粉激光熔覆增材制造过程中的温度变化历史,通过与试验数据对比验证所提出新型热源的有效性。基于Monte Carlo方法发展一种新型多尺度计算模型以模拟双相钛合金增材制造过程中的相变和晶粒变化,采用有限元模型重构Monte Carlo模型所得到的微观结构模型,通过算例对比验证基于微观结构形貌的有限元模型对于双相钛合金力学性能预测的准确性,并进一步计算分析激光增材制造构件的流动应力。计算结果发现,采用考虑粒子数量的热源模型,可以更好地模拟增材制造热过程,增材过程中各层出现不同程度的重熔及重加热过程。微观结构计算结果表明,对增材制造过程微观结构的多尺度模拟是有效的,且可以较好地计算两相钛合金增材制造过程中的晶粒体分比变化及形貌。在对重构Monte Carlo模型计算所得微观结构进行力学性能测试中发现,计算所得流动应力均能较好地反映两相钛合金力学性能变化规律。     

运载火箭大型关键承力产品激光沉积增材制造技术研究

针对TC11钛合金芯级捆绑支座激光熔化沉积成形制造过程开展了工艺研究和产品试制,通过对比分析验证了不同成形方向结合区对本体性能无明显影响,证明了原材料粉末中氧元素对本体性能的强化作用,并提出了合理的粉末原材料含氧量控制范围.试制件1.5倍工作载荷静力试验考核合格,通过材料升级与增材制造技术结合实现了结构减重和快速制造的目的,为运载火箭大型复杂结构关键承力产品制造提供了一条新的途径.     

高熵合金的增材制造分析

正据Journal of Materials ScienceTechnology杂志2021年第77卷第131-162页介绍:合金化新概念是基于利用高浓度的多元元素创建一类有前景的新材料——高熵合金。目前发现几类高熵合金具有超出传统合金的优异性能,期望开发性能卓越的高熵合金,但传统制造技术使高熵合金制造工艺受限制,增材制造利用原位修正微观组织为制造形状复杂的高熵合金提供新思路。近几年对高熵合金增材制造兴趣渐涨,     

开发有利于增材制造的合金成分

正据2021年3月4日美国sbir.gov网站报道:为开发增材制造目前无法获得性能的合金成分,如具有择优晶体取向的材料,弥散成形的合金要么在增材制造中形成,要么在增材制造结束后通过热处理形成。这些合金成分降低材料缺陷,使抗疲劳性和强度更高。对目前铸造、锻造合金,增材工艺试图获得优异性能,这个目标有些难度,因为不同增材工艺、零件设计具有材料本身固有的不同凝固条件。增材合金具有复杂热循环,包括定向热构建、重复熔化、快速凝固。增材制造常产生更细小的微观组织,与传统工艺相比,增材制造的材料抗疲劳性能更好,但抗蠕变性能降低。     

金属材料激光增材制造气氛保护系统

为满足高性能金属材料激光增材制造对稳定气氛环境的需求,对大型送粉式激光增材制造设备中的大容 器气氛保护环境系统进行设计与研究。结合传统的惰性气体环境形成特点,设计金属材料激光增材制造气氛保护环 境系统,用ANSYS 软件对系统的核心部件进行了稳定性、可靠性模拟计算分析,同时优化了惰性气体环境形成的 工艺过程,并进行实验测试验证。验证结果表明：该系统大幅提高了气氛保护环境的形成效率,降低了使用成本, 突破了大容积气氛保护环境快速形成与保持技术,可为后续的高性能金属构件成形工艺研究提供快速、稳定的惰性 气体环境。     

8090铝锂合金挤压材显微组织研究

利用透射电镜、光学显微镜、电子探针及DSC热分析仪,系统地研究了8090铝锂合金自铸态经均匀化、热挤压、热处理直至最终使用状态下的显微组织变化。深入研究了T_2相的结构转变,首次提出了T_2→O→R的转变机制,揭示了8090合金过烧的微观产生原因,即此合金在547℃因发生Lα+R反应而出现过烧现象。     

大型送粉式激光增材制造成套设备设计与研究

摘要：针对兵器设备的大型复杂金属构件,研发一种同轴送粉式激光增材制造成套设备。主要从送粉式激光增 材制造设备技术基础上详细阐述系统组成与成形工艺流程,对成套设备的结构方案和控制方案进行详细设计和研究, 使用ANSYS 对成套设备关键部件进行仿真分析与优化设计,以西门子840D sl 系统为控制核心实现成套设备的集成 与控制。结果表明：该设备能提升自动化程度,达到预定设计目的,为后续的大型复杂构件的激光增材制造成形工 艺研究提供设备支撑。     

电流方式对5356-TIG增材制造组织性能的影响

采用交流钨极氩弧焊(AC-TIG)方法成形多层单道5356铝合金薄壁件,研究电流方式对堆焊结构显微组织及力学性能的影响。结果表明:无脉冲电流方式成形件结合层组织呈枝晶状,基体存在大量尺寸为50～100μm的气孔和缩孔等缺陷,沉积层由尺寸为100～150μm的粗大等轴晶组成;脉冲电流试样结合层由具有明显择优取向的细小枝晶组成,气孔尺寸减小,沉积层由尺寸为50～100μm的等轴晶组成;两种电流成形试样硬度值变化规律相似,即沉积层硬度值稳定而结合层波动剧烈,脉冲电流成形试样强塑性均高于无脉冲电流,两种试样在拉应力作用下均沿切向以韧性断裂为主,断口呈典型等轴韧窝状。结果表明:采用低频交流脉冲调质堆焊工艺,可获得最佳堆焊结构件,为实际工程应用提供理论依据及技术支撑。     

电弧增材制造TA15钛合金的组织与性能研究

采用CMT电弧增材制造技术制备TA15钛合金堆积体,并对其显微组织和拉伸性能进行研究。结果表明：CMT电弧增材制造TA15钛合金堆积体成形良好,沿高度方向的宏观组织为外延生长的粗大β柱状晶,显微组织主要由网篮组织、片层组织组成。CMT电弧增材制造TA15钛合金堆积体在水平打印方向与增材高度方向的抗拉强度和屈服强度相差小,但增材高度方向的断后伸长率则优于水平打印方向。     

温度对Ni-Al-Cr合金沉淀影响的微观相场模拟

基于三元微观相场动力学模型,结合原子图像和体积分数等手段模拟了Ni75Al6Cr19合金在不同温度下的沉淀行为。结果表明:随着时效温度从873 K升高至1 023 K,Ni75Al6Cr19合金由DO22和L12两相共存组织转变为DO22单相组织;受弹性畸变能影响,有序相颗粒沿[100]和[010]方向排列,且时效温度升高,择优取向性愈发显著。平衡时,先析出DO22相的体积分数大于后析出L12相的体积分数。     

美国6K公司委托首批商用UniMelt微波等离子体系统生产增材制造粉末

正2020年6月25日美国6Kinc.com网站报道:单个系统每年能生产100吨超镍合金和钛粉末。美国麻省North Andover市在2020年6月24日报道,微波等离子技术制造材料的开发者,今声明6K增材部门已正式委托首批两台商用UniMelt系统,位于宾夕法尼亚州Bugettstown市新的40 000平方英尺现代化工厂开始生产。这不仅是6K公司的一个里程碑,     

喷射沉积Mg-9Al-4.5Ca合金的显微组织和力学性能研究

通过金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、拉伸试验机对喷射沉积工艺制备的Mg-9Al-4.5Ca锭坯沉积态和挤压态的显微组织、相组成与力学性能进行研究。结果表明:喷射沉积Mg-9Al-4.5Ca合金的组织较常规铸态细小,经热挤压加工后组织进一步细化,沉积态合金的组织为等轴晶,晶粒度为3～5μm;沉积坯的相组成为α-Mg、Al2Ca、Mg2Ca、Ca2Mg6Zn3和MgZn2,经热挤压后相组成转变为α-Mg、Al2Ca、Mg2Ca、Mg17Al12和MgZn2;合金挤压态的力学性能较常规变形镁合金MB7有显著提高,抗拉强度、屈服强度、延伸率分别为470MPa、390MPa、8%。合金的强化机制主要为细晶强化,固溶强化和弥散强化。     

铝金属凝固微观组织模拟相场法技术研究

对研究铝金属微观组织模拟相场法技术的数学模型及扰动对枝晶生长的影响进行了研究;在相场法数学模型基础上,对有扰动和无扰动情况下的铝金属凝固枝晶生长进行了模拟;研究结果表明,不加扰动时,晶粒的生长是沿着主干方向进行,光滑且不出现二次枝晶,加扰动时,晶粒生长出发达的侧枝。相场法可以直接模拟金属凝固过程中枝晶生长的形成过程。     

间隙填充电弧增材制造对表面质量的影响

针对单层多道增材制造,提出一种新的搭接模型——间隙填充模型。研究间隙填充模型对多道焊缝表面质量的影响,发现基体中心间距和接触角对成形件表面质量有重大影响。通过计算平均高度、总熔宽、方差和极差定量比较间隙填充模型和传统搭接模型的表面质量。结果表明:间隙填充模型沉积的多道焊缝表面质量明显优于传统搭接模型,提升了表面质量,节约了材料和时间成本。     

等通道角挤压对喷射沉积Al-Cu-Mg合金显微组织和拉伸性能的影响

<正>美国加利福尼亚大学的研究人员采用等通道角挤压(ECAP)工艺对喷射沉积Al-4.4Cu-0.8Mg合金进行处理以制造大横截面的细晶块体材料。技术人员对该喷射沉积Al-4.4Cu-0.8Mg合金的密度和拉伸性能变化作了检测,并用扫描电子显微镜(SEM) 和透射电子显微镜(TEM)对其显微组织进行了分析。在200℃时成功地用ECAP工艺对喷射沉积Al-4.4Cu-0.8Mg合金进行了加工。经过一次ECAP加工,材料接近完全致密化,残余孔隙尺寸从约20 μm降为小于3 μm。同时,合金中生成了长约1 μm宽约200 nm的细长组织。经过多次ECAP处理,合金的显微组织变为等轴化和均匀化。经过4次ECAP加工,材料的晶粒度降到了100-250 nm。经过ECAP工艺处理后,喷射沉积Al-4.4Cu-0.8Mg合金的室温强度提高了110%。材料强度的提高可归因于孔隙的减少,位错密度的提高和晶粒的细化。     

TiN类薄膜的激光化学汽相沉积

在Ｔｉ和Ｔｉ合金表面镀上一层薄膜以提高它的硬度，耐磨性及耐蚀性等是很有意义的，研究了用激光化学汽要沉积的方法在Ｔｉ和Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ基体材料上沉积ＴｉＮ，ＴｉＣ，Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）薄膜的工艺，并获得良好膜层的最佳工艺，在低压下用激光化学汽相沉积（ＬＣＶＤ）方法制备成功的ＴｉＮ类薄膜颜色金黄，成份均匀，其平均显微硬度为２５００ＨＫ，耐磨性基体材料提高６倍。     

增材制造316L不锈钢球形破片的弹道性能

为探索增材制造316L不锈钢球形破片的弹道性能,采用选择性激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术制造316L不锈钢材料毛坯,通过机加工、抛光等操作得到了直径12 mm的增材制造316L不锈钢球形破片。开展打印态316L不锈钢材料的显微计算机断层扫描(Computed Tomography, CT)和静动态力学试验研究,获得了打印态316L不锈钢在材料沉积方向的Johnson-Cook(JC)模型参数,进行了增材制造和传统冷轧工艺制造的316L不锈钢球形破片侵彻6 mm厚Q235钢靶的弹道试验。研究结果表明：增材制造球形破片的弹道极限速度比传统冷轧制造破片低2.5%左右,弹道性能有小幅提升,暗示了增材制造工艺用于制造战斗部预制破片的潜力;开展的数值仿真研究获得了与试验结果一致的剪切冲塞穿靶机理,仿真与试验穿靶速度数据比较吻合,弹道极限速度误差仅为1.4%左右,仿真结果也表明JC模型用于描述增材制造316L不锈钢材料穿靶行为的可行性。     

稀土锆合金显微成分相的SEM+EDS分析

利用扫描电子显微镜及其附带的X-射线能谱仪、对稀土锆合金显微成分组成相的种类及其成分相的定量分析方法进行了深入的研究。对成分相进行评价与表征的结果为稀土锆合金主要含有稀土相、富锆相、基体相和特殊成分相等4种成分相。成分相定量分析方法的研究则主要依据了正交设计试验方案,在正交试验所获得的SEM+EDS最佳微区定量分析参数基础上,对稀土锆合金成分相的组成元素进行了精确定量分析,对合金化元素微观分布规律进行了探讨。     

激光处理电镀层的显微组织与性能

<正> 据文献介绍,美国已采用激光作为改善电镀层抗磨损耐烧蚀性能的一种方法。文献中示出了激光处理的镀铬层和钢面先镀钴后镀铬的双镀层的显微组织与显微硬度。钴作     

浅析增材制造技术对高超声速技术发展的推动

高超声速飞行器工作环境恶劣,对材料性能提出了新的要求,在传统加工制造技术不能满足使用要求时,增材制造技术提供了一个全新的途径。这种成型工艺可以加工性能更优的特殊材料与异型组件,加工周期与工件整体性较传统加工方式有显著优势,已经在高超声速技术应用中有所体现。目前在高超声速领域逐步实现了材料-组件-分系统等阶段由低到高的提升,能够承担的制备任务趋于多样化,逐渐开拓了属于自己的领地。介绍了增材制造开始成为分系统级产品的主要制备方式,叙述了增材制造成为复杂结构件的有效制备手段。分析了增材制造成为耐高温复合材料的可选制备方法,并对发展趋势进行了展望。