钴基高温合金增材制造研究现状及展望

钴基高温合金是一种在高温下具有高强度、良好的耐热、耐磨和耐腐蚀性能的材料,被广泛用于航空航天等领域。钴基高温合金增材制造技术具有材料利用率高、制造周期短和能够制造较为复杂零件等优点,相对于传统制造技术有巨大的优势,受到了社会的广泛关注。对钴基高温合金的合金化原理进行了阐述,总结了国内外钴基高温合金增材制造所使用的不同工艺方法,重点对钴基激光增材制造技术、钴基电子束激光增材制造技术进行了分析,综述了各种方法的研究现状和最新成果。评价了钴基高温合金增材制造技术在材料利用率、内部缺陷、成形精度、相关标准化方面的不足,并对钴基高温合金增材制造技术发展方向提出了预测。     

数字散斑相关法在高聚物领域中的应用

高聚物广泛地应用于人类生产和生活等各个领域，其力学性能研究在材料、工程结构的优化设计中起着重要的作用．数字散斑相关法(DSCM)是一种光测实验力学方法，该方法具有测量环境要求低、可直接测取位移和应变信息及细观结构、便于实现测量自动化等优点。文中综述了数字散斑相关法在高聚物领域中的应用。     

镍基高温合金CM247LC增材制造研究进展

航空航天领域的热端部件逐渐呈现结构复杂化和高耐热高承载的发展趋势,高温合金增材制造已成为高耐热承载复杂结构部件成形制造的重要技术方案。主要介绍了增材制造CM247LC合金微观组织特点,并对冶金缺陷形成机理与消除方法进行了综述。已有研究表明,增材制造CM247LC合金具有精细的晶粒尺寸,表现出强烈的<001>织构,增材制造CM247LC合金的胞界处存在尺寸约50 nm的颗粒状γ’相,并且胞界处存在Ti、Hf、Ta、W、C等元素明显富集的碳化物。裂纹是CM247LC合金在增材制造过程中最难以解决的冶金缺陷,仅通过优化工艺参数难以真正解决裂纹缺陷,合理优化成分有望实现裂纹消除,但优化了成分的合金在增材制造后的全面性能有待进一步评估。     

难熔高熵合金性能调控与增材制造EI北大核心CSCD

难熔高熵合金(refractory high-entropy alloys, RHEAs)通过添加多种难熔元素形成等原子比或近等原子比的多主元合金,具有简单的相结构和优异的高温性能,在高温合金领域具有极为广阔的应用前景。本文以难熔高熵合金的性能特点与制备工艺为基础,从合金制备与成形面临的挑战出发,综述了难熔高熵合金的性能调控方法与研究进展,介绍了增材制造难熔高熵合金实现的突破与面临的困境,对难熔高熵合金的成分设计及优化、材料制备与加工、增材制造成形进行了展望,并对其未来重点研究方向提出了如下建议:通过调控相结构和相界面克服难熔高熵合金的强韧制约;结合传统强韧化理论与难熔高熵合金自身性能特点进行材料设计;借助增材制造技术的工艺特征促进难熔高熵合金的形性调控;探究难熔高熵合金在高温及多场耦合环境下的使役性能与失效机制。     

增材制造镍基高温合金研究进展

镍基高温合金具有强度高、抗氧化能力好、蠕变强度和持久强度好以及抗燃气腐蚀能力的特点,被广泛应用于航空航天、汽车通讯、船舶制造等领域.近年来,增材制造技术的进步加速了增材制造镍基高温合金的发展.激光增材制造对于镍基高温合金的制备具有独特的优势,如生产周期短、成本低以及可进行功能预设等.对于航空发动机及燃气机轮中喷嘴、燃烧室等热段部件以及航天飞行器等复杂零件的成形制造非常有利.目前,相关方面的研究热点主要有激光增材制造过程中凝固组织的变化规律、工艺参数与熔池宏观形态间的关系、残余应力的分析以及缺陷的探究.本文综述了增材制造技术制备镍基高温合金的研究进展,简要概括了增材制造技术和镍基高温合金的发展概况,总结了用增材制造技术制备的镍基高温合金成形件的显微组织、后处理后组织的变化及其对力学性能的影响,最后阐述了增材制造镍基高温合金成形件存在的缺陷及解决方法.     

增材制造Ti-6Al-4V合金组织调控研究现状

增材制造技术可实现复杂钛合金零件的快速成形,制造的Ti-6Al-4V合金具有较高的强度以及优异的高温性能,被广泛应用于航空、医疗等各大领域。综述了金属增材制造的典型工艺,分析了Ti-6Al-4V合金的相变特征,总结了选区激光熔化制造Ti-6Al-4V的力学性能和组织调控方法,着重分析了热处理温度、冷却速率、变质处理以及超声冲击等对合金组织的影响;展望了增材制造Ti-6Al-4V合金的主要发展方向。     

基于CMT技术的铝合金电弧增材制造研究现状

由于铝合金的应用领域较为广泛,使其增材制造技术成为了研究热点。CMT技术作为一种新型焊接工艺,焊接过程中弧长控制较为精确,其热输入量小、飞溅少等工艺特点非常适合铝合金等低熔点金属的增材制造,因此,铝合金CMT增材制造技术成为了近年来国内外各研究机构的研究热点。从控形控性的角度分析了国内外相关研究机构的研究方向,重点综述了焊接速度、送丝速度、CMT工艺等工艺参数和热处理对成形件形貌及性能的影响,同时概述了铝合金CMT电弧增材制造中尺寸控制、组织性能、气孔缺陷等方向的研究工作。借此指出,基于CMT技术的铝合金电弧增材制造技术的相关研究工作仍主要聚焦于试验研究阶段,并未深入到成形机理的探究。该领域的研究工作应更深入、系统地从成形尺寸精度控制、控制气孔缺陷、组织演变规律及性能优化等角度展开,力求加速推进该技术在现代制造业的应用。     

铜及其合金表面涂层技术与增材制造技术研究进展

铜及其合金具有优良的耐腐蚀、导电导热性能及机械加工性能,广泛应用于电气、轻工、机械制造等领域.随着生产条件的不断优化,为同时满足不同的应用需求,人们期望获得综合性能更加优良或某一性能特别突出的零部件,但传统制造加工方法工艺复杂,且生产过程中材料利用率较低,存在很大的局限性.为实现零件表面合金化,改善零件表面性能缺陷,表面涂层技术被开发并广泛应用;为实现复杂结构零件的成形,人们开发了增材制造技术.铜合金增材制造技术通过逐层累积的方法,可以高效快速地制造出各类精密零部件,不仅使合金材料利用率高,还能够满足各种结构复杂零部件的成形需求,是当下铜合金应用的研究热点.近年来,国内外研究人员利用铜合金涂层改善零件表面性能的主要技术有沉积、热喷涂、冷喷涂等,对铜合金增材制造技术的研究主要集中在激光增材制造技术,从工艺优化到组织性能分析,都对未来的研究提供了很大的理论依据,但对电子束增材、电弧增材等其他增材制造技术的关注比较少,对于铜合金增材制造过程中成分均匀化的热处理工艺及增材后具备优良的导电、导热、致密度等问题有待进一步研究.本文归纳了铜合金表面涂层以及增材制造技术的工艺原理及研究现状,通过对比各类不同增材制造方法,分析了各增材制造技术工艺参数对成形件微观组织及力学性能的影响,对各技术所获得成形件的优缺点进行总结,并对未来铜合金增材制造重点关注方向进行展望,为制备性能更优良的铜合金成形件以及工艺应用奠定了基础.     

数字散斑相关法应用于非接触应变的测量方法

探讨了一种基于数字图像处理技术的非接触式的应变测量方法,称为数字散斑相关法（DSCM）,并用实验验证了方法的可靠性。DSCM有着全场、非接触、高精度、易操作的优点,因此在工程材料测试上有着广泛的应用潜力,从而为光测力学拓展了应用领域,为应变多样化测量展现了新的前景。     

CMT电弧增材制造GH4169合金的组织和拉伸性能

目的研究冷金属过渡CMT电弧增材制造GH4169合金单道多层薄壁试样的组织和拉伸性能。方法利用CMT增材制造成形系统进行GH4169合金的单壁墙增材制造试验,分析了成形薄壁试样的组织演化和力学性能,讨论了柱状晶组织的各向异性以及均匀化处理对合金力学性能的影响。结果成形试样的显微组织主要为γ相和共晶(γ+Laves)相,试样沿沉积方向具有[100]择优取向。枝晶组织随着沉积层数的增加变得粗大,枝晶间距变大且二次枝晶臂变小,Laves相的取向特征越明显。从底部区域到顶部区域,试样枝晶臂间距λ_1从13.76μm增大到23.27μm。沿柱状晶生长方向的抗拉强度最大,约为774 MPa;而沿电弧行走方向的抗拉强度随沉积层数的增加逐渐减小,断后伸长率逐渐增大,最大抗拉强度约为763MPa。1170℃固溶+时效处理后,原粗大柱状晶形成较小的多边形晶粒,成形试样组织的均匀性提高,沉积方向最大抗拉强度为1222 MPa,沿电弧行走方向最大抗拉强度为1085 MPa。结论 CMT增材制造GH4169合金组织特征与激光增材制造的试样基本一致,热处理前后CMT成形GH4169合金试样抗拉强度均小于激光立体成形,但伸长率更大。     

铝合金增材制造技术研究进展

铝合金广泛的应用市场和增材制造快速成形的优势,使铝合金的增材制造技术成为研究的热点之一。从铝合金增材制造技术的角度出发,总结了国内外铝合金增材制造所使用的不同工艺方法,比较了各种方法的研究现状和最新成果,并且重点总结了铝合金增材制造的成形控制问题,对铝合金增材制造技术未来的研究热点和发展方向提出了预测。     

K‐dominance of static crack tip in functionally gradient materials

K‐dominance of static crack tip in functionally gradient materials (FGMs) with a crack oriented along the direction of the elastic gradient is studied through coherent gradient sensing (CGS), digital speckle correlation method (DSCM) and finite element method (FEM). In the direction of crack propagation, the shear modulus has a linear variation with constant mass density and Poisson's ratio. First, the CGS and DSCM governing equations related to the measurements and the elastic solutions at mode I crack in FGMs are obtained in terms of the stress intensity factor, material constants and graded index. Secondly, two kinds of FGMs specimens and one homogenous specimen are prepared to observe the influences of the property variation on the K‐dominance. Then, CGS and DSCM experiments using three‐point‐bending of FGMs and homogenous beams are performed. Thirdly, based on the results of the experiments, the stress intensity factors of three kinds of specimens are calculated by CGS and DSCM. Meanwhile, the stress intensity factors are obtained by FEM. Finally, comparing the results from CGS, DSCM and FEM, the K‐dominance of mode‐I static crack tip in FGMs is discussed in detail.     

激光增材制造合金钢力学性能超声纵波定量无损评价

目的研究采用超声无损检测方法定量评价激光增材制造合金钢的布氏硬度和抗拉强度。方法通过搭建高精度超声纵波声时测量系统,采用脉冲反射回波法测量不同热处理状态激光增材制造24CrNiMo合金钢标定试件的超声纵波传播声时,计算超声纵波声速;在考虑激光增材制造合金钢各向异性和成形界面对超声纵波传播特性影响的基础上,研究标定试件微观组织对超声纵波声速的影响,建立标定试件激光扫描方向布氏硬度、抗拉强度、微观组织与超声纵波声速之间的映射关系。结果建立了超声纵波评价硬度及抗拉强度的标定模型,并对标定模型预测误差进行验证,硬度及抗拉强度标定模型预测误差均小于10%,满足工程应用误差指标要求。结论采用超声纵波声速可以实现激光增材制造合金钢硬度及抗拉强度的定量评价与表征。     

基于数字散斑相关法的紫外老化沥青混合料界面开裂特性

利用数字图像相关技术(DSCM)针对紫外光老化的沥青混合料(HMA)半圆试件弯拉试验中裂纹产生及扩展规律从细观角度进行表征,运用Vic-3D分析软件对沥青混合料半圆试件进行全场位移、应变计算,得到试件破坏过程的位移场、应变场。结果表明:通过对紫外光照的沥青胶浆、集料及界面水平方向应变场的对比分析,发现界面为沥青混合料最薄弱处,最易产生裂纹;进一步通过水平方向应变随载荷变化曲线的变化对HMA开裂时间进行分析,可以更好地将HMA微裂缝开裂时间与宏观裂缝开裂时间加以区分,且紫外老化后的HMA试样界面开裂时间明显缩短。同时,将相同的紫外老化前后的橡胶粉(CR)改性HMA试样与苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)改性HMA试样的位移随载荷变化规律进行对比发现,经紫外老化后的CR改性HMA比紫外老化后SBS改性HMA具有更强的抗开裂能力及持荷能力。      

Digital speckle correlation method based on wavelet-packet noise-reduction processing

Despite the advantages of being highly sensitive and nondestructive, the digital speckle correlation method (DSCM) may have difficulties in detecting tiny defects such as delaminations in multilayer ceramic capacitors. This is because the presence of background noise always complicates the data processing. We present a new algorithm, which employs the wavelet-packet noise-reduction process together with the improved DSCM, to improve data processing. Both the computational error and the noise are shown to be reduced successfully by this new algorithm. The accuracy (or precision) of the improved DSCM is increased after operation of the wavelet-packet noise-reduction process. The most important feature of this new algorithm is that it can extract a small hillock signal from a large noisy background in a DSCM deformation result. This helps to save time in the detection of tiny defects, such as delamination, in a miniaturized electronic component.     

Uneven intensity change correction of speckle images using morphological Top-Hat transform in digital image correlation

By comparing two digital speckle images recorded before and after deformation, two-dimensional digital image correlation (DIC) method can accurately determine the in-plane displacement fields and strain fields. In a practical measurement, however, the variance of light source intensity, location and direction will cause the random uneven intensity change of the random speckle images and will lead to the obvious measurement error. Numerical simulation experiment is first carried out to analyse the influence of the recorded speckle images undergoing uneven light variation on DIC measurement accuracy. Then, a correction method for speckle images with uneven intensity change is proposed based on morphological Top-Hat transform. In addition, quantitative measurements of both in-plane rotation of a rigid body and three-point bending beam are investigated experimentally by DIC to verify the feasibility of the correction method. Experimental results show that the measurement accuracy of DIC is improved dramatically after the procedure of uneven light variation correction.     

碳纤维布加固钢筋混凝土梁的DSCM实验研究

通过用数字散斑相关方法(DSCM)对碳纤维布加固混凝土梁的实验,研究了碳布加固混凝土梁的承载力及变形行为。确定了碳纤维布加固混凝土梁在不同加载条件下的强度特征。并且用数字散斑相关方法实时记录了加载过程中反映试件变形信息的光学散斑图,确定了一些局部的变形特征,分析了其断裂机理。     

金属玻璃微制造技术现状与研究进展

金属玻璃,又称非晶态合金,因具有长程无序、短程有序的独特组织结构而拥有超常的综合性能,是制造微纳器件的理想材料之一,然而,其易过热变性且禀性钝惰硬脆,是一种典型难加工的材料之一。在分析金属玻璃组织结构特点和力学性能的基础上,按等材、减材和增材3种成形方式对金属玻璃的微制造方法与技术进行了综述。介绍各自的加工与成形原理、工艺特点、技术优势、基础应用和发展现状,分析了它们的不足与发展趋势。目前,等材成形是主流的微成形加工方法,是基于非晶材料内在特性的一种成形方式。减材与增材成形加工现阶段仍处于探索之中,工程应用案例较少,有一定的发展潜力。最后展望了金属玻璃微纳制造领域的未来发展方向与研究重点。     

纯铜/铜合金高反射材料粉末床激光熔融技术进展EI北大核心CSCD

纯铜/铜合金具有优异的导热、导电性能,是重要的工业材料。以粉末床激光熔融为代表的激光增材制造技术具有优良的设计自由度及成形精度,是增材制造的主流发展方向。纯铜/铜合金的粉末床激光熔融与传统加工制造技术相比,前者能够更好地发挥铜优异的性能,在电子电气、汽车、航空航天等导热/导电高需求领域具有广阔的应用前景。本文综述了以纯铜/铜合金为代表的激光高反射材料的粉末床激光熔融的研究现状、面临的重要问题以及相应的解决对策分析。在此基础上,结合本课题组在纯铜/铜合金粉末床激光熔融过程的经验,指出运用蓝光、绿光等短波长激光器进行纯铜/铜合金等高反射材料的粉末床激光熔融是未来的研究热点与发展方向。