热处理对SLM成形15-5PH不锈钢组织和力学性能的影响

分别对激光选区熔化(SLM)成形的15-5PH不锈钢试样进行620℃×4 h时效处理和1030℃×1 h固溶+550℃×4 h时效处理，比较不同状态SLM成形15-5PH不锈钢试样的微观组织及力学性能。结果表明，相对于SLM成形态试样，当不同热处理试样抗拉强度相当时，时效态试样显微组织主要为细小的树枝状晶粒，为马氏体、片状珠光体和铁素体的混合组织；固溶+时效态试样的显微组织主要由回火马氏体+铁素体+部分逆转变奥氏体组成，晶粒内部的树枝状结构基本消失，晶粒长大。与时效态相比，固溶+时效态试样的屈服强度、屈强比分别提高了33%、32%;冲击吸收能量、断后伸长率及断面收缩率分别降低了72.0%、35.5%、18.7%。     

退火工艺对激光选区熔化成形Ti6Al4V合金组织及室温力学性能的影响

以Ti6Al4V球形粉末为原料,利用激光选区熔化成形方法制备了Ti6Al4V合金试样,采用光学显微镜、扫描电镜及力学性能测试等手段,研究了退火工艺对Ti6Al4V合金室温力学性能及组织的影响规律。结果表明: SLM成形沉积态Ti6Al4V合金室温抗拉强度超过1200 MPa,而平均断后伸长率仅为4.0%;在650 ℃下进行真空退火处理,合金的抗拉强度仍保持在1200 MPa左右,规定塑性延伸强度R_p0.2高于1150 MPa,但试样的断后伸长率<10%;而在750及800 ℃下进行真空退火处理,合金试样的抗拉强度降至1100 MPa左右,规定塑性延伸强度高于1050 MPa,伸长率达到甚至超过10%,材料的综合强韧性得到明显提升。随着真空退火加热温度和保温时间的增加,SLM成形Ti6Al4V合金原始β晶界逐渐变模糊,晶粒趋向于等轴化。与此同时,快速冷却转变的α′针状马氏体未出现明显地粗化。     

固溶处理对选区激光熔化双相不锈钢组织及性能的影响

通过设计和优化双相不锈钢激光选区熔化(SLM)成形工艺,制得了高精度、低缺陷密度的(21.98wt%Cr-5.37wt%Ni-3.13wt%Mo-1.95wt%Mn)双相不锈钢,进一步研究了不同固溶处理温度对其显微组织和性能的影响。结果表明,通过对不同工艺参数SLM成形试样的研究,得到最佳SLM工艺参数：激光功率275 W,激光扫描速度700 mm/s,扫描间距80μm,铺粉层厚50μm。固溶处理能有效地调控SLM成形双相不锈钢的相组成及比例,试样中奥氏体含量均较打印态试样大幅提高。较低温度固溶处理会导致脆性σ相在晶界处析出,大幅削弱试样的塑性。当固溶温度升高到1020℃及以上时,σ相消失。更高的固溶处理温度又会使晶粒粗化,既降低试样的强度又损害塑性。1020℃固溶处理试样中可获得接近平衡的双相组织,此时抗拉强度为868 MPa,伸长率达到35.0%。     

高强不锈钢激光熔覆层的组织与性能

针对核装备零部件维修再制造的需要,采用激光熔覆技术制备高强韧马氏体不锈钢熔覆层,以改善核装备零部件的表面性能,随后对熔覆层试样分别进行300 ℃和500 ℃保温2 h的回火处理。采用OM、SEM、显微硬度计、万能拉伸试验机等设备测试了试样的组织和性能。结果表明,原始试样的抗拉强度为1719 MPa,断后伸长率在15%左右,硬度为550 HV0.2,耐磨性较差;当回火温度为300 ℃时,出现逆转变奥氏体,硬度降至500 HV0.2,抗拉强度降为1662 MPa,断后伸长率超过15%,耐磨性提高;当回火温度上升到500 ℃时,逆转变奥氏体减少,碳化物逐渐析出,出现二次硬化,硬度又上升至530 HV0.2,抗拉强度降至1582 MPa,断后伸长率降至14%左右,耐磨性与原始试样相当。该高强马氏体不锈钢熔覆层整体耐腐蚀性均优于1Cr13钢,具有良好的耐腐蚀能力。     

1Cr18Ni9Ti激光选区熔化成形工艺参数对致密度的影响

采用正交试验,结合典型缺陷形成原因和微观组织,研究了激光选区熔化成形工艺参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)对1Cr18Ni9Ti不锈钢致密度的影响,分析了各工艺参数对致密度的影响规律。结果表明,粉末熔化的能量输入密度主要取决于激光功率和扫描速度;在激光功率325~340 W、扫描速度1 000~1 200 mm/s、扫描间距0.12 mm的工艺参数下,SLM技术可制备致密度高于99.9%的1Cr18Ni9Ti不锈钢零件。采用优化后的SLM工艺参数成形1Cr18Ni9Ti不锈钢试棒的力学性能优于QJ501A-98标准,抗拉强度Rm≥709 MPa,屈服强度Rp0.2≥547 MPa,断后伸长率A≥41%。     

固溶处理对高氮不锈钢微观组织及力学性能的影响

高氮不锈钢具有优异的综合性能。通过增加铬、锰含量在氮分压为80 000 Pa下成功冶炼出氮质量分数为0.54%的Cr-Mn-Mo系高氮不锈钢;试样钢热轧后分别经800、900、1000、1100、1200 ℃保温1、2、3、4、5 h固溶处理后正交分析,研究在不同温度和保温时间下的组织、屈服强度、抗拉强度、断后延伸率、断面收缩率和强塑积,旨在找到试验钢最佳的热处理温度和时间。结果表明,未经固溶处理和经800、900 ℃固溶处理后的试样中有Cr₂N析出,1200 ℃固溶处理后试样中析出铁素体,1000、1100 ℃固溶处理的材料为纯奥氏体组织,且在1000 ℃下保温4 h的试样塑性最好并有较高的强度,其断面收缩率和断后延伸率分别可以达到67.5%和69.5%。未经热处理的试样强度最高,并且断面收缩率和断后延伸率仍然保持在42%和49.9%。在1000 ℃下保温1 h的试样综合力学性能最好,强塑积可达到58.59 GPa%。     

激光熔覆TC4钛合金的静态力学性能

对激光熔覆TC4钛合金不同取样方向上的力学性能进行了对比研究,从沿沉积方向(Z方向)和垂直于沉积方向(X方向)分别取样,在室温下开展准静态拉伸试验,对其抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率、微观组织及断口形貌进行了分析。研究结果表明:X方向试样的抗拉强度和屈服强度略高于Z方向试样,但Z方向试样的断后伸长率及断面收缩率明显高于X方向试样,Z方向试样有更好的塑性,而且两个方向的力学性能都达到甚至超过商用TC4钛合金基材的力学性能。     

沿海建筑用00Cr25Ni7Mo4N双相不锈钢的热处理与性能

采用光学显微镜、扫描电镜、拉伸试验机和电化学工作站等,研究了固溶温度对00Cr25Ni7Mo4N双相不锈钢显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明,热轧和固溶温度为1025～1200℃时双相钢的显微组织都为铁素体+奥氏体双相组织,随着固溶温度升高,双相钢中α相含量不断增大,γ相含量不断减小,在固溶温度为1175℃时,双相钢中α∶γ相比例接近于1∶1;相较于热轧态双相钢,不同温度固溶处理后,双相钢的抗拉强度、规定塑性延伸强度和洛氏硬度有不同程度减小,而断后伸长率、断面收缩率和冲击吸收能量有不同程度增加;在固溶温度为1175℃时,双相钢的抗拉强度和规定塑性延伸强度较高,而断后伸长率、断面收缩率和冲击吸收能量都达到最大值。当固溶温度为1175℃时,双相钢的腐蚀电位最大、腐蚀电流密度最小,容抗弧半径和钝化膜电阻最大,弥散系数最接近于1,具有最佳的耐蚀性能。     

激光选区熔化AlSi10Mg工艺优化及显微组织研究

利用激光选区熔化成形技术(selective laser melting, SLM)对AlSi10Mg的成形进行了工艺研究,对不同激光工艺参数的材料致密化行为及显微组织特征进行了研究,分析了熔池底部气孔形成机理,对成形态和热处理态试样进行力学性能测试。结果表明:激光能量密度过高或过低均不能得到最佳致密度,当激光功率350 W,激光扫描速度1 800 mm/s时,致密度达99.9%。选用最佳工艺参数下成形态试样的抗拉强度达473 MPa,屈服强度达289 MPa,远优于铸件标准。在270℃保温2 h退火制度下,过饱和固溶在α-Al中的Si元素析出,固溶强化的作用减弱,晶粒粗化,抗拉强度及屈服强度均下降。伸长率和断面收缩率分别提高了14.5%和50.7%。     

激光选区熔化GH4099高温合金成形工艺及组织性能

研究分析了激光选区熔化(SLM)成形GH4099合金的显微组织、裂纹形貌及裂纹形成的原因,优化了成形工艺,并对比分析了SLM制备的固溶时效态试样和冷轧板试样的拉伸性能.结果 表明:SLM试样的显微组织呈现为生长取向不一致的细小晶粒,晶粒尺寸为50～ 100 μm;合金中低熔点元素在晶界处偏析并富集产生低熔点γ'相,在温度梯度大且存在较大热应力的成形过程中易产生孔洞和裂纹,裂纹呈短线状和针状,并沿晶界扩展,呈现明显的高温开裂特征.随着激光功率的增加,试样的孔隙率呈现先降低后增加的趋势,当激光功率为300 W、扫描速度为1060 mm/s、扫描间距为0.1mm、层厚为0.04 mm时,合金的显微组织最好,孔隙率最小达0.008％.固溶时效态SLM试样的室温抗拉强度可达998 MPa以上,700℃高温抗拉强度在880 MPa以上,900℃高温抗拉强度在336 MPa以上,室温和700℃高温抗拉强度优于冷轧板试样,900℃高温抗拉强度与冷轧板试样持平,但室温和900℃高温塑性、高温屈服强度较冷轧板试样略低.     

热处理对体育器械用钛合金组织与力学性能的影响

采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射分析(EBSD)、X射线衍射分析(XRD)等手段,对锻造态和固溶时效态Ti合金的显微组织、物相组成和力学性能进行了分析。结果表明,锻造态的Ti合金中主要含有α相和β相,而固溶态Ti合金由单一β相组成;随着时效温度的升高,Ti合金中的次生α相的体积分数减小,而宽度增大;时效处理后Ti合金的强度比固溶态有所增加,而塑性有所降低;随着时效温度的升高合金的抗拉强度和屈服强度减小,而断后伸长率和断面收缩率增加。     

热处理对魏氏组织Ti60合金组织与性能的影响

以提高魏氏体组织Ti60合金的拉伸强度与塑性为目标,研究固溶与时效处理对Ti60合金组织与性能演变的影响规律,并优化热处理参数。结果表明,初始魏氏组织晶粒较为粗大,经过固溶与时效处理后,晶粒明显减小,层片状α相明显减少。初始魏氏组织Ti60合金抗拉强度为850 MPa,伸长率为0.9%,1000℃固溶处理后,Ti60合金的抗拉强度达到1100 MPa,伸长率为3.7%。1000℃固溶+600℃8 h时效处理后,抗拉强度达到1200 MPa,伸长率为3.3%。随固溶温度提高,其硬度与抗拉强度增加,伸长率降低。随时效时间延长,硬度先增大后减小。经1050℃固溶+600℃8 h时效处理后Ti60合金具有最大硬度值509 HV。     

选区激光熔化成形ZL205A合金工艺及性能研究

利用选区激光熔化(SLM)技术制备了ZL205A合金,研究了激光能量密度对SLM成形试样显微组织和力学性能的影响。结果表明,ZL205A合金粉末SLM成形试样中微观组织分为3个区域:细晶区、热影响区(HAZ)和粗晶区。在一定的范围内,随着能量密度增大,ZL205A合金粉末SLM成形试样的抗拉强度和屈服强度都先增加后减小。当能量密度为104.20J/mm3时,SLM成形ZL205A合金试样的抗拉强度、屈服强度达到最大,分别为289、230MPa,此时伸长率为4.2%。     

激光选区熔化成形K4202镍基铸造高温合金的组织和性能

针对激光选区熔化(selective laser melting,SLM)制造K4202合金复杂金属零件在航空航天等领域的应用需求,以K4202合金粉末为材料,研究了该合金的SLM成形工艺、成形态和热处理后的显微组织和力学性能.结果表明,K4202合金SLM成形试样显微组织由树枝晶和等轴晶构成,树枝晶生长方向多与熔池边界近似垂直.固溶+时效处理后,由于再结晶的发生,SLM成形所形成的树枝晶结构完全消失,同时晶界和晶内有金属碳化物析出.时效处理后的组织与SLM成形态相比,变化并不明显,其树枝晶结构保存较完整,晶界处同样有碳化物析出.SLM成形试样的拉伸性能优于传统铸造方法,通过固溶+时效处理和时效处理,试样的屈服强度、抗拉强度均提升显著,但塑性下降明显,其中时效处理后的拉伸强度最高.     

固溶处理对304不锈钢显微组织及力学性能的影响

通过光学显微镜、常温拉伸试验对轧制后的304奥氏体不锈钢进行固溶处理研究。结果表明,晶粒随着固溶温度升高逐渐转变为等轴晶,带状组织和扁平晶粒逐渐消失,304不锈钢的抗拉强度由750 MPa降低至580MPa,屈服强度由300 MPa降低至200 MPa。对应的断面收缩率逐渐由15%升高至35%,伸长率逐渐由30%升高至67%。     

热处理对激光增材制造Ferrium M54钢微观组织及力学性能的影响

采用激光增材制造技术制备了Ferrium M54钢,研究了传统热处理对其组织和力学性能的影响。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉伸试验机及维氏硬度计分析了沉积态和热处理后试验钢的微观组织和力学性能。结果表明,激光增材制造M54二次硬化钢是由沿沉积方向生长的柱状晶构成,沉积态试样纵向的抗拉强度和屈服强度分别为1832 MPa和997 MPa,断后伸长率和断面收缩率分别为9.5%和28%;经过传统热处理后,定向凝固形成的胞状结构消失,得到马氏体组织。经1075 ℃固溶+1060 ℃油淬+-73 ℃深冷+510 ℃时效处理后激光增材制造 Ferrium M54钢的性能最好,抗拉强度为1863 MPa,屈服强度为1594 MPa,断后伸长率为15%,断面收缩率为59%,硬度为603 HV。     

固溶和时效处理对高锰低镍不锈钢组织与性能的影响

以新型高锰低镍不锈钢为研究对象,研究了不同固溶和时效处理温度对其组织和性能的影响。结果表明,退火态和固溶态高锰低镍不锈钢均为单一奥氏体组织,随着固溶温度的提高,晶粒不断长大,析出物不断溶入材料基体,使材料强度和硬度不断降低,1050 ℃固溶处理后析出物基本上已全部固溶,此时抗拉强度为1016 MPa,伸长率和断面收缩率分别为67.43%和53.6%,此时塑性最好,故高锰低镍不锈钢的最佳固溶温度为1050 ℃。固溶+时效处理后高锰低镍不锈钢中的析出物主要为Cr的碳氮化物和Mn的硫化物,在750 ℃时效处理后析出物含量达到峰值,强度和硬度达到最高,故750 ℃为其最敏感析出温度。超过750 ℃析出物数量减少,850 ℃时材料塑性最好。     

固溶时效热处理对医疗器械用TA4合金组织与性能的影响

对B和C微合金化的Ti-3.5Al-5Mo合金医疗器械进行了固溶与时效热处理,观察了不同热处理制度下钛合金的组织与力学性能变化。结果表明,经过固溶与时效热处理的钛合金中出现了细小的Ti B相或者Ti C相,并且可以有效抑制合金中β晶粒的长大,同时还存在细小的次生α相;当时效热处理制度选定为550℃×6 h时,随着固溶温度的上升,抗拉强度和屈服强度逐渐降低,断后伸长率和断面收缩率也表现为逐渐降低的趋势;在790℃×1.5h固溶+550℃×6 h时效时可以取得最好的强度与塑性结合。     

热处理工艺对TC11钛合金组织与性能的影响

采用正交试验法研究固溶温度和固溶时间、时效温度和时效时间4个因素对TC11钛合金力学性能和组织的影响。结果表明采用固溶温度960℃,固溶时间30 min,时效温度530℃,时效时间8 h的热处理制度,TC11钛合金可以得到最优的强塑性组合,抗拉强度1133 MPa,屈服强度1045 MPa,伸长率18.84%,断面收缩率56.49%。     

多种倾角类比SLM成形TC4复杂曲面构件性能

为探究SLM成形TC4钛合金高性能复杂曲面构件，选择激光束垂直基板扫描，成形与Y轴成0°、30°、45°、60°四个典型倾角结构作类比分析，探讨倾斜角度对SLM成形件表面形貌、内部组织及力学性能的影响。为提高SLM成形复杂构件的综合性能，对45°倾斜角试样进行固溶处理和完全退火处理分析，讨论热处理对45°倾斜角试样的拉伸性能及断口形貌的影响。结果表明：不同倾角的TC4试样表面存在球化、沟壑、沟脊和未溶粉末粘连等缺陷，且倾斜角度越大，表面沟壑和沟脊缺陷越明显；而试样倾角变化对其内部组织和显微硬度影响较小。经950℃固溶处理后的试样，α相溶解，强度明显下降；固溶处理试样断口形貌韧窝面积大且深，试样塑性增加，与强度分布特征相符。由此可推测，SLM成形复杂曲面构件的表面缺陷较多，但内部组织性能相对均衡，且固溶处理能够减少内部缺陷，提高构件综合性能。