增材制造钛合金激光喷丸组织及热稳定性研究进展

首先对激光喷丸作用机理进行了概述;其次回顾了国内外激光喷丸改进增材制造钛合金组织性能的研究现状,在此基础上重点讨论了激光喷丸在增材制造中应用受到限制很大程度是由于存在大量非平衡组织,在热力学作用下会转向平衡态致性能改变;进而总结了目前一些从热力学及动力学上对稳定激光喷丸纳米晶组织所做的尝试及难题,创新提出利用激光喷丸良好扩散性能引入渗氮可析出氮化物、固溶原子等阻碍晶界迁移;最后提出该领域的研究方向以及全面建立增材制造钛合金-激光喷丸-热稳定性数据库以促进本领域发展。     

增材制造镁合金技术现状与研究进展

镁合金具有轻质、比强度高、阻尼减振、生物相容性好、体内可降解等优点,在航空航天、汽车轻量化、生物医疗等领域应用潜力巨大。然而传统的镁合金铸造成形和变形加工技术在制备一体化复杂结构件上具有一定的局限性,制约了镁合金在上述领域的应用普及。增材制造是一种根据三维模型数据逐层熔化沉积的先进技术,有望成为镁合金复杂构件制备的重要技术途径。本文概述了近年来增材制造镁合金的研究进展,重点对选区激光熔化(SLM)和电弧增材制造(WAAM) 2种主要增材制造的工艺研发现状和影响因素、微观组织、力学性能及耐蚀行为进行分析与总结。研究表明,工艺优化后SLM和WAAM等技术均可获得致密度> 99%的镁合金试件,并且能够获得与传统制造镁合金相当的力学性能和耐蚀性能,增材制造镁合金表现出极大的工程应用潜力。最后,从材料优化、工艺改进及性能评价等方面对增材制造在镁合金中的未来发展趋势与研究方向进行了总结与展望。     

脉冲激光辅助激光增材制造研究进展

针对辅助脉冲激光作用在固相区的情况,分别论述了非同步式表面、非同步式层间以及同步式脉冲激光辅助激光增材制造的工艺特点,分析了增材制造构件组织、成形缺陷以及应力分布的调控机理,并系统对比了非同步式和同步式脉冲激光辅助激光增材制造的调控效果,总结了同步式脉冲激光辅助激光增材制造的工艺优势。针对辅助脉冲激光作用在熔池区的情况,研究了脉冲激光功率密度、频率对熔池热动力学行为的作用机理(Marangoni对流、超声波搅拌空化、冲击波效应等),进而明晰了辅助脉冲激光冲击熔池对增材制造构件组织、成形缺陷的影响机理。最后,对脉冲激光辅助激光增材制造技术的研究进展进行了总结,并对下一阶段的发展方向进行了展望。     

多孔金属激光增材制造研究进展

激光增材制造技术具有柔性化程度高、适应性强、材料利用率高、近净成形等特点,被广泛的应用于兼具功能和结构作用的多孔金属的制备。多孔金属激光增材制造技术按孔形成机制的不同可分为直接成孔法、添加造孔剂法以及结构设计成孔法。在介绍多孔金属激光增材制造国内外研究现状的基础上,指出各制备工艺的特点,并展望了多孔金属激光增材制造技术的发展趋势。     

激光增材制造高温合金材料与工艺研究进展

概述了激光增材制造技术在高温合金中的进展.介绍了增材制造高温合金的技术特点和应用、微观组织及冶金缺陷的形成机制与种类,并从激光参数以及成分设计2个方面综述了增材制造高温合金的缺陷控制方法,明确了激光工艺参数优化与成分优化的方向.最后,从工艺和材料2个方面对激光增材制造在高温合金中的未来发展趋势与研究方向进行了展望.     

电弧增材NiTi形状记忆合金构件的可控变形有限元数值分析

形状记忆合金(SMA)是一种具有广阔应用前景的新型智能材料,具有形状记忆效应和超弹性,在航空航天学等领域具有很好的应用前景。文中基于航天器智能结构对可展开性的具体要求——升空前为节省空间对结构进行压缩,减少装载体积,抵达目标地后实现主动展开以备使用,对NiTi形状记忆合金智能结构折叠-主动变形展开过程中的关键技术进行了研究。通过电弧增材的方式制备了NiTi合金构件,并通过DSC测试表明,室温下增材件组织是完全奥氏体组织,且存在完整的形状记忆效应相变过程。又基于Workbench软件,采用Auricchio本构,建立了三维NiTi合金几何模型,模拟了热驱动实现构件的主动展开过程,试验验证了模型的有效性。     

金属激光增材制造材料设计研究进展

激光增材制造被公认为是解决个性化、复杂化金属构件整体成形难题的有效技术手段。现有金属增材制造的研究主要从传统合金牌号出发,但基于平衡凝固过程设计的传统合金成分难以满足增材制造的非平衡冶金动力学特点,往往面临高裂纹敏感性、低韧低疲劳、各向异性等共性问题。因此,需要开展面向激光增材制造的新型材料成分设计研究,充分挖掘增材制造非平衡凝固特性的潜在优势与价值。本文综述了铝合金、钛合金、铁基合金、镁合金等不同材料现有合金牌号增材制造的技术瓶颈,以及面向增材制造的材料创新设计方法与新型合金及其复合材料发展的研究进展。最后提出了金属增材制造材料设计的未来发展趋势。     

增材制造TiAl合金的研究进展

采用等离子电弧双丝增材制造技术成功制备了Ti-48Al合金(at.%),并对其沉积态和热处理后的组织特征进行了系统地研究. 结果表明,沉积态Ti-48Al合金主要由α₂相和γ相组成,沿着沉积方向,沉积态组织呈现由树枝晶区和片层晶团区交替分布的不均匀性特征,并且在树枝晶区存在严重的枝晶间Al元素偏析现象. 在1340 ℃/10 h/炉冷热处理后,不均匀的沉积态组织转变为晶粒尺寸细小的双态组织,Ti-48Al合金的微观组织的不均匀性获得明显改善,并且α₂相含量显著增加,组织的择优取向减弱.

     

Nb合金化对电弧增材制造NiTi基形状记忆合金的影响

为实现NiTi形状记忆合金电致热驱动的功能特性,采用激光微连接技术对NiTi丝和铜板异种材料进行焊接,并利用光学显微镜、能谱分析仪等手段分析连接界面的微观结构和元素分布. 基于ANSYS Fluent软件建立NiTi-Cu异种材料激光微连接三维计算流体力学仿真模型,分析了NiTi-Cu激光微连接过程中的温度场、流场演变和元素传输规律. 结果表明,NiTi-Cu激光微连接过程主要分为激光在NiTi丝中的“钻孔”过程、对铜板的预热过程和在铜板中的“钻孔”过程. Ni,Ti,Cu元素混合主要发生于激光对铜板的“钻孔”过程中,元素在金属蒸气反冲压力和Marangoni涡流的驱动下相互混合,Cu元素进入熔池易形成低硬度的Cu-Ti金属间化合物,降低了脆性的Ni-Ti金属间化合物形成的可能性. 试验和仿真结果吻合较好,为优化NiTi-Cu异种材料的激光微连接工艺提供了重要的理论支撑.

     

激光增材制造技术制备高熵合金的研究进展

目前基于焓变的传统合金化材料设计理念趋于极限,而基于熵变设计的新型金属材料,中高熵合金设计自由度大弥补了亚稳态材料室温脆性以及亚稳晶化的不足且在性能上不断取得突破。激光增材制造技术具有了不同于传统加工设计和制造理念,为推动先进合金材料的发展提供了新的可能,已经成为链接材料与产品的关键技术。本文基于不同维度的激光增材制造技术,从2D、3D和4D三种维度分别介绍了激光熔覆技术制备高熵合金涂层、3D打印技术制备高熵合金和4D打印技术制备高熵高温形状记忆合金的研究现状,并结合目前研究中所面临的关键技术问题及解决方案进行了讨论,最后对激光增材制造技术制备先进合金材料进行了总结和展望。     

激光扫描速度对Ti-Ni形状记忆合金组织和性能影响

采用激光选区熔化(selective laser melting, SLM)成形技术制备Ti-Ni形状记忆合金，利用OM、SEM、XRD和室温压缩等研究SLM增材制造参数改变对成形合金内部缺陷、熔池形貌、相变行为及力学性能等影响规律。结果表明，在SLM其它打印参数保持不变的情况下，随激光扫描速度增加成形合金内部缺陷形貌由近规则球形转变为不规则形状；逐行扫描熔池形貌宽度减小且连续性下降；随激光扫描速度增加富Ni基Ti-Ni形状记忆合金相组成含量发生改变，B2奥氏体相含量增加，B19’马氏体相含量减少；成形富Ni基Ti-Ni形状记忆合金相变温度随激光扫描速度增加先降低后升高，但升降温相变过程中均为单一相变峰；当扫描速度为900mm/s时成形富Ni基Ti-Ni形状记忆合金相对密度达到98.5%，内部缺陷含量较少且处于缺陷类型转变范围内，同时试样的最大抗压强度为3120MPa，对应压缩应变为41%，具有较好的综合性能，为最佳打印参数。     

NiTi形状记忆合金加热相变过程的DSC研究

采用差示扫描量热法研究了时效处理对NiTi形状记忆合金加热相变过程的影响规律。结果表明：当时效温度低于瓦（特征转折温度）时,相变温度（As和Af）随时效温度的升高而升高;当时效温度高于瓦时,相变温度随时效温度的升高而下降。对于As,当时效15min时,T0=500℃,当时效30rain时,T0=400℃;对于Af,T0均为400℃。在300℃、400℃和500℃时效15min,加热相变过程为M→R和R→P两阶段,在600℃和700℃时效15min时,加热相变过程为M→P一阶段;当时效时间延长至30min时,加热相变过程由M→R和R→P两阶段相变过程变为M→P一阶段。时效温度为500℃和700℃时,体积转变率与温度关系曲线的斜率较大。     

退火处理对NiTi记忆合金丝力学性能的影响

以德国Memory-Metalle有限公司生产的两种型号NiTi合金丝为研究对象,其一是具有中温激励特性的M型,其二是具有超弹性的N型,通过拉伸实验,研究了退火处理对其力学性能的影响.结果表明:不同的退火温度和退火时间对试样的形状记忆性能以及超弹性具有不同程度的影响.     

高熵形状记忆合金的研究进展

高熵形状记忆合金是在等原子比NiTi合金的基础上,结合高熵合金的概念,逐渐发展起来的一种新型高温形状记忆合金.近年来,已开发出了综合性能优异的(TiZrHf)50(NiCoCu)50系和(TiZrHf)50(NiCuPd)50系高熵形状记忆合金,引起了广泛的关注和研究兴趣.本文从物相组成、微观组织、马氏体相变行为、形状...     

Ti-50.0Ni单晶形状记忆合金组织与记忆性能研究

在自制的定向凝固炉中,用带引晶器的石墨模壳制备出Ti-50.0at%Ni单晶.利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及其配置的能谱(EDS)仪研究合金的铸态组织,通过X射线衍射(XRD)和极图分析确定单晶晶粒取向,利用自制模具对合金的记忆性能进行评价.结果表明:试样横截面与纵截面均呈枝状晶分布特征,枝晶生长方向与定向凝固方向基本一致,未出现晶界,单晶横截面法向与[111]取向夹角为15°.由于消除了晶界对马氏体相变的不利影响,同时[111]取向是TiNi合金能获得较大可恢复应变的择优取向,与普通铸造的TiNi多晶相比,材料的形状记忆最大可恢复应变和记忆疲劳性能都得到一定提高.     

生物医用TiNi形状记忆合金表面改性研究进展

本文介绍了近年来TiNi形状记忆合金表面改性方面的研究发展状况,重点评述了离子注入、表面涂层和氧化法的改性结果,并提出了其中存在的问题和未来发展方向。     

植入金属和形状记忆合金

叙述了人体植入用金属材料发展的历史进程，介绍了医用不锈钢、钴铬合金、钛合金以及新型生物工程材料——形状记忆合金等金属的特性、国内外概况和临床应用实例。     

NiTi形状记忆合金激光气体氮化层组织及磨损性能

采用高功率连续波固体Nd：YAG激光辐照，在置于N2反应室中的NiTi形状记忆合金表面制备激光气体氮化层。实验表明：选择适当的激光辐照工艺参数，可获得致密的TIN增强金属基复合材料(MMC)梯度涂层，改性层的表面被厚度为1μm～2μm的TIN陶瓷层封闭，涂层内部TIN增强相呈梯度分布。扫描电镜(SEM)及能谱(EDX)分析结果表明，MMC改性层与基体NiTi合金间存在良好的冶金结合，界面处成分均匀过渡，表面Ni含量极低。显微硬度测试及磨损试验结果表明，激光气体氮化显著提高了NiTi合金的表面硬度和耐磨性。说明激光表面改性有效地改善了NiTi形状记忆合金作为生物医学材料使用的表面成分和性能，并将有效地抑制有害元素Ni^2 的释放。     

真空感应重熔NiTi形状记忆合金室温拉伸力学性能

采用真空感应熔炼炉制备NiTi合金,并对重熔后的合金进行不同制度热处理。研究NiTi形状记忆合金边角料重熔合金不同温度时效后的室温拉伸力学性能。结果表明,NiTi形状记忆合金边角料重熔后,其室温屈服强度和抗拉强度均有不同程度的提高,断后延伸率略有增加,应力诱发马氏体相变对应的形状回复率降低;合金塑性变形能力随时效温度的升高而变差;合金中R相重新取向所提供的延伸率从总体上看比由单质原材料一次熔炼而成的合金要高。     

生物医用钛基无镍记忆合金研究进展

综述近年来国内外关于Ti基无Ni记忆合金的研究进展,主要介绍Ti-Nb和Ti-Mo基二元及三元合金的记忆性能和超弹性行为,重点评述合金的微观结构、相变以及力学性能等特点,并提出一些值得关注的问题。