选区激光熔化工艺参数对Ti6Al4V粉末成型性的影响

以Ti6Al4V钛合金粉末为研究对象,在单层扫描和单道扫描实验的基础上,研究SLM工艺参数对Ti6Al4V合金材料成型性的影响,并进行了块体成型实验,通过设计正交试验及观察试样的形貌和致密度分析,最终得到Ti6Al4V合金粉末SLM块体成型的最佳工艺参数为:激光功率400W、搭接率1、扫描速度750mm/min,其致密度可以达到96.17％.     

Ti6Al4V激光选区熔化成形悬垂结构的质量研究

为了减小成形误差,提高激光选区熔化成形复杂特征结构件的能力,实验采用Ti6Al4V金属粉末,设计了不同倾斜角度的悬垂结构模型,研究了倾斜角度、扫描策略对悬垂结构SLM成形质量的影响。结果表明：倾斜角度越小,悬垂面的边缘线宽度误差越大（>80μm）,表面粗糙度值越大（>20μm）,翘曲变形越严重;岛形随机扫描策略的整体成形质量要低于Z形正交扫描策略,但对不同角度的悬垂结构影响不同。结合QM-Meltpool监控系统,从熔池的角度分析了倾斜角度和扫描策略的影响,为悬垂结构SLM成形提供了参考依据。     

后处理对激光选区熔化成形Ti-6Al-4V钛合金力学性能的影响

采用激光选区熔化技术直接成形Ti-6Al-4V钛合金静力试验件,对部分试验件进行热处理或热等静压处理,并对三种状态的部分试验件进行表面打磨,通过试验对比研究了热处理/热等静压、表面处理等后处理工艺对激光选区熔化Ti-6Al-4V力学性能的影响。采用光学显微镜和扫描电镜对不同状态试验件的微观组织和断口形貌进行了观察,分析力学性能变化的原因。热处理和热等静压后,激光选区熔化Ti-6Al-4V钛合金试验件的极限强度有所下降,但延伸率提高约50%,韧性增强。表面打磨处理使热等静压态试验件屈服和极限强度均提高了约30 MPa,但未引起沉积态和热处理态试验件力学性能的明显改变。     

选区激光熔化快速成型系统及工艺研究

选区激光熔化技术是近几年出现的能直接制造终端、近终端金属产品的快速成型技术.描述了选区激光熔化快速成型设备系统组成,选区激光熔化对激光子系统、扫描子系统及软件子系统的功能要求.经工艺实验,分析了扫描速度、激光功率、扫描间距对成型质量的影响,并通过成型1个三维金属实体,验证了系统的可行性.     

刀具几何参数对钛合金Ti6Al4V切削加工的影响

针对钛合金切削过程中刀具易磨损的问题,深入研究了对刀具几何参数对钛合金Ti6A14V切削过程的影响.将正交切削数值模拟与试验相结合,研究了高速切削Ti6A14V过程中刀具几何参数(前角、后角、刀尖圆弧半径)对切削力的影响规律,同时,也研究了刀具几何参数对锯齿状切屑形成的影响规律.     

粉末特性对激光选区熔化三维打印成形的影响

激光选区熔化三维打印是当前主流的三维打印技术。从粒度、化学成分、球形度、松装密度、振实密度、流动性、空心粉率等方面论述了粉末特性对激光选区熔化三维打印成形的影响规律,并进行了总结。     

切削工艺对Ti6Al4V合金锯齿形切屑的影响研究

通过实验研究了切削速度和切削厚度对Ti6Al4V合金锯齿形切屑、齿距和锯齿化程度以及绝热剪切带微观组织转变的影响,并对锯齿形切屑的形成过程及机理进行了分析。结果表明:随着切削速度的增加,锯齿形切屑单元的尺寸和切屑的锯齿化程度不断增加,切屑锯齿的剪切带更容易形成转变带,在切削速度为550 r/min时剪切带中基本都由转变带组成。随着切削厚度的增加,齿距不断增大,当切削厚度0.3 mm后锯齿化程度变化幅度减小;当切削厚度从0.2 mm增加至1.0 mm时,剪切带组织逐渐从形变带转变为形变带+转变带,并在切削厚度为1.0 mm时完全形成转变带。     

激光选区熔化TC4钛合金时工艺参数与粒径分布影响研究

对激光选区熔化TC4钛合金时的工艺参数与粉末粒径分布进行试验研究,分析15～53μm粒径粉末在低激光功率配合低扫描速度、高激光功率配合高扫描速度时的TC4钛合金试样力学性能,以及15～75μm粒径粉末在低激光功率配合低扫描速度时的TC4钛合金试样力学性能。研究结果表明,在高功率高速度和低功率低速度工艺参数下,15～53μm粒径粉末成形试样都具有较好的室温拉伸性能,抗拉强度均达到锻件标准。其中,高功率高速度对应试样的抗拉强度较大,低功率低速度对应试样的断后伸长率较高。扩大粉末粒径分布上限至75μm,采用低功率低速度工艺参数,成形试样的抗拉强度依然达到锻件标准,断后伸长率接近锻件标准。研究结果有助于扩大激光选区熔化的粉末粒径使用范围,降低材料成本。     

NiTi气雾化制粉工艺对选区激光熔化成型性、制件超弹性的影响

选区激光熔化成型具有外界温度感知能力的NiTi形状记忆合金是4D打印金属材料技术的基础研究,根据选区激光熔化技术对粉末性能的要求,研究NiTi形状记忆合金不同气雾化制粉工艺对选区激光熔化成型性及制件超弹性的影响规律具有重要意义。通过对比分析真空惰性气体雾化(VIGA)、电极感应熔炼气雾化(EIGA)制粉工艺对NiTi合金粉末杂质含量、流动性、球形度等性能的影响,发现VIGA制粉工艺由于采用坩埚熔炼,导致合金杂质元素增加、粉体性能恶化,粉末粒度分布偏向细粉侧,极易形成卫星粉,导致粉末流动性差,在打印过程中铺粉困难而难以成型,并且氧含量的增加导致打印过程中易发生球化、开裂等现象,使得VIGA工艺制备的NiTi合金粉末SLM成型性较差。而采用EIGA工艺制备的粉末粒度分布均匀、流动性好、氧含量低,满足选区激光熔化技术对NiTi合金粉末的特性要求。并对比分析两种工艺制备的粉末打印样品的表面形貌,成型了具有完全回复性能的超弹NiTi形状记忆合金样件。     

激光参数对Ti-6 Al-4 V粉末SLM成形质量的影响

为了在金属3D打印产品中获得合适的加工参数,提高金属成形件的产品性能,利用有限元方法对Ti-6Al-4V粉末激光选区熔化（SLM）成形进行模拟。以APDL编程语言建模,逐步施加热源获得成形件的温度场,通过熔池演变研究了Ti-6Al-4V粉末SLM成形过程中材料接合情况;以温度场为载荷研究了SLM成形的应力场和位移场。结果表明：激光扫描速度保持恒定,激光功率增大,熔池的长度、宽度、深度均增大;激光功率保持恒定,扫描速度增大,熔池的长度变大,宽度和深度变小。最后获得了一组能够较好地满足成形需求,成形件不易产生翘曲和开裂的激光参数。     

切削用量对车削Ti6Al4V切削力影响的研究

通过硬质合金刀具高速干切削Ti6Al4V钛合金的试验,分析了切削用量对切削力的影响.试验结果表明:在切削三要素中,切削深度和进给量对切削力的影响较大,切削速度对于切削力的影响较小.进给量对背向力的影响最大,切削深度对进给力的影响最大.刀尖圆弧半径对于进给力和背向力的变化规律有重要影响.     

选区激光熔化制备金刚石/TC4复合材料的成型工艺及性能分析

针对金刚石/金属基复合材料在金属3D打印过程中致密化程度低的问题,采用了选区激光熔化技术成功制备金刚石/TC4复合材料,重点研究了金刚石/TC4复合材料的SLM打印工艺和性能。以提升金刚石/TC4复合材料致密度为目标,通过响应曲面分析法对SLM工艺参数进行优化和分析,初步建立了致密度数学模型,并通过模型预测参数组合优选值及最优致密度,对最优致密度成型件进行了抗弯强度测试,这对后续采用金属3D打印技术制备金刚石工具的有关研究具有重要的参考价值。     

麻花钻钻尖几何参数对Ti6Al4V钛合金钻削性能的影响

采用单因素试验法,利用Third Wave AdvantEdge有限元软件研究麻花钻的钻尖几何参数对钛合金钻削工艺性的影响,运用Power Law本构模型建立Ti6Al4V钛合金材料参数。验证麻花钻参数在合理的取值范围内,Carbide-General硬质合金麻花钻不同的后角、螺旋升角、横刃斜角和刃口钝圆半径对钛合金钻削性能的影响。通过钛合金钻削过程的有限元分析,为麻花钻钻削钛合金材料时的钻头几何参数合理选择提供了参考依据。     

选区激光熔化成形工艺对多孔TC4钛合金显微组织的影响

采用Rhino软件构建了泰森多边形不规则多孔结构,利用选区激光熔化(SLM)技术成形多孔TC4钛合金,研究了激光功率(180, 200, 220 W)、扫描速度(1 200, 1 600, 2 000 mm·s^-1)、扫描间距(80, 100, 120μm)对其显微组织的影响。结果表明：随着激光功率的增大、扫描速度的减小或扫描间距的增大,SLM成形多孔TC4钛合金实体部分的微观孔洞缺陷数量和尺寸减小,相对密度提高,扫描速度是影响缺陷生成的主要原因;在激光功率220 W、扫描速度1 200 mm·s^-1、扫描间距120μm条件下钛合金具有最少的微观孔洞缺陷,其相对密度可达99.2%。靠近多孔结构孔隙部分的截面存在等轴晶和平行于基板表面的柱状晶,而远离孔隙部分的组织主要由β柱状晶组成,柱状晶内部为与其长轴成±45°且平行排列的初生针状马氏体;随着激光功率的减小、扫描速度的增大或扫描间距的减小,柱状晶的宽度和初生马氏体的长度均减小,扫描间距对显微组织的影响更大。     

Ti6Al4V粉末热等静压致密化的数值模拟

利用MSC.Marc对Ti6Al4V粉末热等静压致密化进行数值模拟,选用Shima屈服准则,分析了粉末在热等静压过程中颗粒的流动及整体致密化趋势。同时,通过热等静压试验,验证了数值模拟结果的准确性。模拟结果表明:粉末在致密化过程中先受热膨胀后收缩致密;除包套端盖与侧壁夹角处的粉末相对密度较低以外其他区域密度相差不大,部分区域已达全致密。试验表明:压坯的收缩量、相对密度分布与模拟结果基本一致。数值模拟结果合理可靠,可以为成形复杂钛合金构件提供参考。     

选区激光熔化成型Ni50.8Ti49.2形状记忆合金的组织和性能研究

单位体积能量输入随试验变量激光功率和扫描速率的变化而变化,探究了选区激光熔化工艺参数的改变对沉积态块状Ni50.8Ti49.2样品组织及性能的影响。考虑到不同能量输入对样品组织的影响,分别对样品扫描方向和沉积方向进行了组织观察,发现随能量输入的升高,金相组织的缺陷逐渐降低,沿沉积方向显微组织由短粗的柱状晶演变为细长的柱状晶。利用XRD考察其室温相组成,结果表明样品常温下为B2母相,部分样品含少量Ti3Ni4相。同时显微硬度测试表明,除激光功率外,第二相的引入能显著提高显微硬度值。利用差示扫描量热仪考察不同样品的相变温度。采用万能力学试验机对圆柱样品进行压缩测试,结果表明,样品的断裂应变最高达42%,高能量输入样品断裂应变略低。而室温超弹性能随能量输入的提高而显著提高,压缩应变10%时,超弹回复率高达90.2%。     

S136模具钢粉末选区激光熔化成形工艺窗口试验研究

利用选区激光熔化(SLM)技术对S136模具钢粉末进行不同激光功率和扫描速度组合下的单道扫描试验,分析归类了熔道形貌特征,研究了熔道宽度的成型稳定度下最优工艺窗口,研究了激光功率和扫描速度对熔道宽度的影响规律,分析了较优工艺参数组合下熔道形貌特征产生的原因。     

多零件选区激光熔化成型效率的优化

对多零件选区激光熔化的成型效率进行了优化.首先,分析了多零件选区激光熔化成型过程的时间消耗,并以减少时间消耗为目标建立了3维零件在3维成型空间中的2.5维排料优化规则.然后,研究了2.5维自动排料,提出利用3维零件模型在2维平面区域的投影将2.5维排料转化为2维排料的简化方法和一种利用切片数据进行投影生成的算法.最后,为验证所述方法的有效性,以手术模板模型为例,在虚拟选区激光熔化系统VDemetal280上进行了优化实验.与优化前相比,优化后的成型次数从4次降为3次,在扫描速度为600 mm/s、切片层厚为0.035 mm、扫描间距为0.08mm的工艺参数下,总铺粉次数从3 892次降为2 231次,预计加工时间从约91 276 s降为69 918 s,时间消耗有明显减少.