CuCrZr合金选区激光熔化成形工艺与力学性能研究

为获得结构致密的CuCrZr合金部件,通过响应曲面和方差分析相结合的方法,探究选区激光熔化主要成形工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距和铺粉层厚)对合金化CuCrZr粉末成形致密度的影响规律,并对其显微组织、物相和力学性能展开分析。结果显示：激光功率是最主要的影响因素,增大激光功率可显著提高成形致密度;在铺粉层厚0.02 mm,激光功率170 W,扫描速度300 mm/s,扫描间距0.04 mm的工艺组合下,获得最高致密度为96.8%。在此工艺下成形出的CuCrZr合金试样屈服强度为(176.7±2.1) MPa,抗拉强度为(244.7±1.2) MPa,延伸率为29.4%±0.9%。     

选择性激光熔化成形高熵合金CoCrFeMnNi的温度场数值模拟研究

采用Ansys有限元分析软件,对选择性激光熔化成形高熵合金CoCrFeMnNi的温度场分布进行数值模拟。在考虑随温度变化的热物理参数情况下,建立选择性激光熔化有限元模型,利用在Ansys-Workbench中插入参数化设计语言,实现高斯锥形体热源的加载,研究功率和速度对成形过程温度场的影响。模拟结果表明：在单层多道模拟时,随着SLM激光功率增大和扫描速度的下降,SLM成形HEA CoCrFeMnNi的熔池长度和宽度呈增大趋势;先扫描的区域会对未扫描的区域起预热作用且存在热积累现象,在平行于SLM激光扫描方向存在较大的温度梯度。     

铜磷合金粉末选区激光熔化成型研究

为了应用选区激光熔化技术直接制造金属零件,采用Dimetal 240快速成型机对平均直径为75μm的铜磷合金粉末进行了工艺试验。成型机配备200W半导体抽运Nd:YAG激光器,激光功率为103W～117W,内部扫描速度为0.25m/s～0.41m/s,边框扫描速度为0.15m/s,铺粉厚度为0.2mm。所得试样用扫描电镜和光学显微镜进行了微观组织分析。试样层问结合为冶金结合,致密度达到90%以上,层内组织为细长枝晶,层问组织为细小等轴晶。结果表明,通过设定合适的工艺参量,选区激光熔化技术可以直接成型金属零件。     

激光选区熔化成形S-130钢热处理工艺研究

采用激光选区熔化(SLM)技术成形S-130马氏体时效不锈钢,研究了热处理前后S-130试样的物相、显微组织以及力学性能,并对比分析了五步热处理和三步热处理工艺对组织和性能的影响。结果表明:SLM成形S-130试样主要由大量马氏体和少量残余奥氏体组成,显微组织呈胞状枝晶结构,透射电子显微镜(TEM)观察到大量含有高密度位错的板条马氏体。经过两种热处理后,逆转变奥氏体的形成使得奥氏体的含量增加,大量的纳米级析出物在板条马氏体上弥散分布,同时残余/逆转变奥氏体在马氏体板条间析出。SLM沉积态试样经过两种热处理后显微硬度和拉伸强度得到明显提升,且延伸率没有降低。相较于五步热处理,三步热处理后的试样具有更高含量的奥氏体以及更细小的板条马氏体和析出物,且在保证延伸率的情况下具有更高的显微硬度和拉伸强度。SLM成形S-130马氏体时效不锈钢优化的热处理制度为三步热处理(固溶+冷处理+时效)。     

选区激光熔化成形GH3536合金的高温塑性

研究了选区激光熔化成形的GH3536合金的沉积态以及热处理后的微观组织特征,并对比不同冷却方式对微观组织和高温拉伸性能的影响。通过不断优化GH3536打印参数可知,激光功率大会产生严重溅射问题,激光功率小会产生孔隙,确认最优功率范围在50～70 J/mm³,最佳打印参数为：激光输出功率为170 W,最大扫描速度为1 060 mm/s,最大扫描间隔为0.08 mm,层厚30μm,层间扫描转角67°,合金致密度可达99.97%。1 175℃保温30 min经过水冷、空冷和炉冷三种冷却方式,合金内部发生再结晶,炉冷条件下,晶界处有一定量的碳化物析出;水冷条件下,晶体内部有退火孪晶生成。通过855℃高温拉伸试验,3种冷却方式下得到的断裂拉伸率均超过25%。炉冷条件下,因为从奥氏体晶界处析出的碳化物增加了晶界,从而增加了GH3536的温度高塑性,因此拉伸率最好,达到了29%。该热处理制度有效改善了沉积态GH3536高温塑性差的问题,为航空航天器燃烧室零部件的应用提供了可靠的方案。     

CoCrMo合金激光选区熔化成型工艺及其性能研究

对CoCrMo合金激光选区熔化(SLM)直接制造成型工艺进行了研究,以便探索使用CoCrMo材料的个性化医用产品的更优化工艺。使用华南理工大学自主研发的Di-Metal100型SLM设备,在使用满足ASTM F75要求的CoCrMo合金进行SLM增材制造过程中,对激光功率、扫描速度、扫描间距3个关键工艺参数进行了工艺验证与分析,以便获得高致密度成型工艺参数,并对此工艺参数下成型件的性能进行测试。结果显示,在激光功率为170W,扫描间距为0.08mm,扫描速度为500mm/s时获得致密度为99.02%,此时CoCrMo合金SLM直接制造样件的抗拉强度、屈服强度σ0.2以及洛氏硬度均高于ASTM F75铸造标准,延伸率略低。通过对CoCrMo合金SLM增才制造工艺的优化,可以制造出性能上能够满足医用产品指标的CoCrMo合金个性化医用产品,从而为CoCrMo合金SLM个性化直接制造应用提供重要参考。     

选区激光熔化成形Al-Si合金及其裂纹形成机制研究

为了得到性能良好的Al-Si合金零件,对选区激光熔化成形Al-Si合金的成形特性以及成形试样中裂纹进行了研究,得到了成形样致密度和工艺参量的关系以及裂纹的形成机制。在合适的工艺区间内,随着激光能量密度的增大,致密度先上升后下降;大部分试样底部存在沿熔覆层扩展的冷裂纹;其形成机制是Al-Si合金粉末成形过程中,生成大量共晶Si相,使材料的抗裂性能不足以抵抗成形过程中的高温度梯度导致的残余应力所致。结果表明,通过调整成形工艺参量,可以得到无裂纹的性能良好的成型零件。     

激光选区熔化成形Al-Mg-Sc-Zr合金孔隙缺陷对拉伸性能的影响研究

激光增材制造合金内部存在的孔隙缺陷会对合金的力学性能产生不利影响。为研究激光选区熔化（SLM）成形Al-Mg-Sc-Zr合金中孔隙缺陷对其拉伸性能的影响，通过SLM成形技术制备了Al-Mg-Sc-Zr合金试样，利用X射线计算机断层扫描技术表征了合金内部孔隙缺陷的三维特征，并通过室温拉伸试验获得了合金的拉伸性能。基于SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金的孔隙数据及室温拉伸试验结果，建立能够反映材料本构以及孔隙特征的代表体积单元（RVE）模型，在SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金基体保持不变的情况下，通过改变RVE模型中的孔隙率和孔隙尺寸研究孔隙对SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金拉伸性能的影响。计算结果表明：当孔隙率增加时，合金的抗拉强度和弹性模量明显降低；当孔隙尺寸增大时，合金的抗拉强度明显降低，但弹性模量没有明显变化；当孔隙尺寸增大到一定程度（大于100μm）时，孔隙周围会出现明显的应力集中。     

难熔高熵合金激光增材制造的发展：材料性能与制造工艺调控技术（特邀）

难熔高熵合金具有超越传统合金的优异性能,强度和硬度更高,高温性能和耐蚀性更优异,在航空航天、核工程、武器装备等领域具有广阔的应用前景。难熔高熵合金发展面临着两个难点：常规真空电弧熔炼方法制备的难熔高熵合金存在成分偏析严重、研发周期冗长、材料尺寸受限等难题;难熔高熵合金的硬度很高,难以实现复杂结构的成形和加工。因此,现有的冶金、成形、加工等技术面临挑战。通过激光增材制造实现材料与结构一体化成形是突破现有问题的发展方向,国内外学者在此方面进行了大量探索。本文对难熔高熵合金激光增材制造的发展现状进行了综述与分析,介绍了难熔高熵合金复杂构件从材料到制造的研究进展,阐述了高熵合金的研发途径、增材成形工艺和缺陷调控、难熔高熵合金在不同温度下的力学性能,以及增材制造工艺面临的挑战和取得的进展,最后总结了难熔高熵合金增材制造未来的应用方向和发展趋势。     

316L不锈钢双激光选区熔化成形性能研究

为了研究不同的扫描模式对激光选区熔化（SLM）成形质量的影响，采用自主研发的双激光同步扫描激光选区熔化设备，在单激光扫描、双激光低功率同步扫描、双激光高速同步扫描模式下制备了316L不锈钢样件，对比了三种模式下的成形质量，分析了三种模式下飞溅形态、熔池形貌以及样件力学性能的差异。结果表明：采用双激光低功率（110 W）同步扫描时，由反冲压力引起的飞溅增多，熔池尺寸均匀且排列整齐；随着单束激光功率从95 W提升至120 W，样件的致密度从98.91%提升至99.32%；样件的微观组织主要由宽度为0.65～0.75μm的柱状亚晶与等轴亚晶组成。采用双激光高速（2000 mm/s）同步扫描时，熔池深宽发生较大变化，搭接率由单激光扫描时的30%提升至50%以上，柱状亚晶的平均尺寸由单激光扫描时的0.50μm降到0.35μm。两种双激光同步扫描模式下成形样件的力学性能与单激光扫描模式下的相当，致密度达到99%以上，抗拉强度均超过720 MPa，延伸率超过40%。双激光高速同步扫描使得成形效率相较单激光扫描提升了一倍，为大尺寸激光选区熔化设备的扫描策略设计提供了新思路。     

选区激光熔化316L不锈钢成形工艺与性能研究

选择低成本的316L不锈钢旧粉进行选区激光熔化(SLM)成形,拟通过工艺参数优化和热处理来提高产品的性能.采用平均粒径为27.6μm的316L不锈钢旧粉,在不同的工艺参数下制备多组试样,然后进行微观形貌观察和力学性能测试;选取成形性能较优的试样,研究不同冷却方式的热处理工艺对试样力学性能、耐蚀性以及组成相的影响.研究结...     

激光选区熔化AlMgScZr合金微观组织与电化学腐蚀性能研究

采用激光选区熔化(SLM)技术成形了AlMgScZr合金，分析了不同扫描速度下制备的合金的微观组织及其在质量分数为3.5%的NaCl溶液中的动电位极化曲线和电化学阻抗谱，研究了SLM成形AlMgScZr合金的微观组织对其电化学腐蚀性能的影响。结果表明，在质量分数为3.5%的NaCl溶液中，SLM成形的AlMgScZr合金表现出明显的钝化行为。合金中的孔隙降低了表面钝化膜的稳定性，从而降低了合金的抗电化学腐蚀性能。由于熔池边界处高数量密度的Al₃(Sc,Zr)颗粒可以作为微阴极促进Al基体的溶解，熔池边界发生了严重的腐蚀。此外，随着扫描速度的增大，AlMgScZr合金的晶粒尺寸逐渐减小、小角度晶界逐渐增多。晶粒尺寸的减小导致晶界密度和晶界处的活性原子数量逐渐增多，提高了钝化膜的生长速度，同时，小角度晶界的增多提高了晶界的稳定性，从而改善了合金的抗电化学腐蚀性能。