激光选区熔化成形含锆7×××系铝合金的显微组织与力学性能

热裂问题是激光选区熔化成形(SLM)7× × ×系铝合金面临的主要障碍之一.通过低能球磨工艺制备ZrH2/7075复合粉末,采用激光选区熔化技术制备含锆7×××系铝合金材料,分析了不同ZrH2添加量(0.5％,1.0％,1.5％,质量分数,下同)对试样显微组织和力学性能的影响规律.结果表明:随着ZrH2含量的增加,SLM试样的柱状晶组织逐渐消失,热裂纹逐渐减少,当ZrH2含量为1.5％时,试样显微组织完全转变为细小等轴晶(平均晶粒尺寸为1.6μm),热裂纹完全消除.ZrH2在SLM成形过程中与铝熔体原位反应形成L12型Al3 Zr相,L12型Al3 Zr相的异质形核作用促进了柱状晶到等轴晶的转变,抑制了热裂纹的产生.经T6热处理后,试样抗拉强度为(550±10)MPa,屈服强度为(490±5)MPa,伸长率为(12±1)％,断口处存在大量韧窝,表现为韧性断裂.     

激光选区熔化成形高强铝合金晶粒细化抑制裂纹研究现状EI北大核心CSCD

高强铝合金(2×××,7×××等)因具有比强度高、加工性好等优点而被航空航天、汽车等领域广泛应用。随着大推重比飞行器设计及汽车轻量化技术的发展,轻质结构材料的需求日益增加,同时零部件也面临着“薄壁化、中空化、复合化”的发展趋势,高强铝合金的传统加工方法越来越难以满足要求。近年来,激光选区熔化成形(selective laser melting,SLM)作为一种常见的金属增材制造技术(additive manufacturing,AM)在复杂零部件成形领域受到关注,有望成为进一步拓宽高强铝合金应用领域的新兴技术。然而,SLM成形高强铝合金因易产生周期性热裂纹和粗大柱状晶不良组织等问题而发展缓慢,晶粒细化是克服增材制造高强铝合金这一固有热裂问题的关键所在。本文综述了近年来SLM成形高强铝合金显微组织和力学性能调控等方面的研究进展,归纳了不同体系合金的力学性能,重点阐述了抑制SLM成形高强铝合金中热裂纹形成的主要策略,包括SLM工艺参数优化以及通过微合金化或添加纳米颗粒细化晶粒等方法。指出当前研究存在的主要问题是合金成分的改变对材料综合性能以及热处理制度的影响规律尚不清晰等,并展望了未来的发展趋势,如SLM成形新型高强铝合金成分设计与综合性能评价、利用后处理工艺等手段进一步提升合金综合性能以及专用晶粒细化剂的设计与细化机制探究等。     

选区激光熔化成形铝合金的主要缺陷及调控方法

高性能铝合金因轻质、 高强、 耐腐蚀等特点,在航空航天、 车辆工程和海洋工程等领域应用前景广阔.然而,随着铝合金零部件形状和结构越来越复杂,传统成形方式难以满足需求.选区激光熔化(SLM)技术具有一体化成形复杂形状和精密零件的能力,因此在铝合金成形方面具有极大的发展潜力.但是,铝合金具有宽的结晶温度区间、 高的激光反射...     

纳米WC增强选区激光熔化AlSi10Mg显微组织与力学性能EI北大核心CSCD

为了进一步增强选区激光熔化(SLM)成型AlSi10Mg合金的性能,采用物理混合方法混合纳米WC与AlSi10Mg得到WC质量分数为0.1%的WC/AlSi10Mg复合材料,利用选区激光熔化成型机制备试样块。通过对比同种工艺制备的AlSi10Mg试样,探究纳米WC对其微观组织形成、演变规律及其组织对力学性能的影响。结果显示,WC/AlSi10Mg粉末球形度好,粒度分布集中在20~60μm。WC/AlSi10Mg试样致密度达到99%以上,硬度约为158.89HV,相比AlSi10Mg试样增加了14.58%。WC/AlSi10Mg试样组织生长均匀、致密,有明显的熔池线。晶粒内部为α-Al基体,边界为夹杂着WC的共晶Si相。WC/AlSi10Mg试样屈服强度达到337.75 MPa,抗拉强度高达514.00 MPa,伸长率为3.78%,相比同种工艺AlSi10Mg试样分别增加了4.73%,6.25%和35.97%。因此,SLM成型WC/AlSi10Mg纳米复合材料零件相比AlSi10Mg零件具有更好的应用前景。     

热处理对激光选区熔化成型高速钢组织和力学性能的影响EI北大核心CSCD

基于激光选区熔化(selective laser melting,SLM)技术,采用加热打印基板和低功率慢扫描的打印策略,制备了近全致密、低缺陷的高速钢样品;对比分析了固溶淬火及1~4次高温回火等热处理工艺对高速钢显微组织及力学性能的影响。结果表明:SLM极高的熔融/冷却速率产生了细晶奥氏体组织,解决了高速钢中常见的粗大莱氏体组织和网状碳化物问题。固溶淬火处理后高速钢组织由马氏体和残余奥氏体组成。随后在数次高温回火过程中,高速钢逐渐向回火马氏体转变,并析出大量微米级和纳米级MC型碳化物。在马氏体相变强化和MC型碳化物沉淀强化作用下,固溶淬火+3次回火的Tempered-Ⅲ样品硬度60HRC,抗弯强度3621 MPa,弯曲断裂应变为10.1%,获得硬度、强度和韧性匹配较佳的综合性能。继续增加回火次数则导致部分碳化物长大,使得高速钢弯曲断裂应变有所降低。通过SLM技术结合固溶淬火+高温回火,能够充分发挥细晶强化、相变强化和沉淀强化效果,为高强高韧复杂形状高速钢零件的快速制备提供了新途径。     

选区激光熔化成型铝合金的研究现状及展望

随着航空航天、汽车轻量化的需求不断上升,经过结构优化的复杂金属构件采用增材制造技术一体成型必然是今后高端产品制造业的发展趋势.铝合金优异的综合性能与远低于钛合金原料的价格,使其在增材制造领域中极具应用和研究潜力.金属增材制造方法繁多,选区激光熔化技术(SLM)由于成型件表面质量优良、综合性能优异,在复杂结构与薄壁结构集成化的零件成型中具有显著优势,颇受科研和工业界关注.然而,由于铝合金粉末具有激光反射率高、热导率较大、流动性较差且易与氧气发生反应等特点,使得成型件极易产生球化、裂纹、孔隙、氧化夹杂等冶金缺陷,不能满足实际应用中的性能要求.其中,研究较为深入的AlSi10Mg、Al-12Si等铸造系铝合金并不能满足很多领域对强度的要求,高强合金在SLM成型过程中极易发生元素烧损、产生裂纹等不良现象.因此,明确各类缺陷的形成机理辅助调控SLM成型铝合金的工艺参数以减少缺陷产生,开发适用于SLM成型的新型铝合金粉末成为学者们的研究焦点.本文主要从Al-Si系铸造合金、高强铝合金以及铝基复合材料三个方面来介绍近年来SLM成型铝合金的研究进展.针对SLM成型的铝合金种类少、成型工艺条件不成熟、冶金缺陷难以控制以及零件性能与微观组织间的量化研究不系统的困境,提出可以引入材料基因工程(MGE)的理念,结合人工智能技术寻求成分-组织-工艺-性能之间的量化关系,开发适用于SLM成型特点的新型铝合金粉末,实现从应用需求出发反向设计材料成分与工艺的目的.     

激光选区熔化颗粒增强钛基复合材料的抗压性能EI北大核心CSCD

采用激光选区熔化(selective laser melting,SLM)制备LaB_(6)颗粒增强钛基复合材料,研究不同激光能量密度下试样的致密化行为、显微组织、物相及其在准静态和动态冲击条件下的力学性能。结果表明:LaB_(6)颗粒的加入在一定程度上改变了材料的致密化行为,过高或者过低的激光能量密度均会降低试样的致密度。而增强颗粒的加入细化了基体材料的晶粒,钛合金的初始β晶粒及针状α晶粒的晶界有一定程度的弱化,从而导致复合材料的屈服强度和极限强度增加,但延展性降低,同时复合材料表现出明显的应变率强化效应。与SLM成型Ti-6Al-4V合金相比,复合材料在塑性段的应变硬化效应和失稳阶段的脆性断裂特征更显著,为激光增材制造高性能颗粒增强钛基复合材料的动态抗压性能优化提供理论基础。     

激光选区熔化纳米SiC/AlSi7Mg复合材料微观组织及力学性能EI北大核心CSCD

采用机械混合法制备纳米SiC/AlSi7Mg混合粉末,利用激光选区熔化技术(selective laser melting,SLM)成形纳米SiC颗粒增强AlSi7Mg复合材料,观察和分析试样的相对密度、物相和微观组织,并测试材料的硬度和拉伸性能。结果表明:SLM成形纳米SiC/AlSi7Mg复合材料试样的相对密度随着扫描速度和扫描间距的增大均呈现先增加后减少的趋势,相对密度最高可达99.75%;试样微观组织与SLM成形铝合金相似,Si相呈网状结构均匀嵌入α-Al基体中,且在Al基体中存在与Si分布相似的纳米SiC团聚物及Mg_(2)Si相;与AlSi7Mg相比,复合材料微观组织由柱状晶转化为等轴晶,且晶粒明显细化(平均晶粒尺寸为1.36μm);由于SiC的加入,产生细晶强化和固溶强化,试样的硬度和强度均明显提高,硬度最高达到137.3HV,抗拉强度达到448.3 MPa,屈服强度达到334.7 MPa,但伸长率下降至3.9%,断裂模式主要为脆性断裂。     

选区激光熔化铝合金缺陷的形成机制和对力学性能的影响:综述

选区激光熔化(Selective laser melting,SLM)作为增材制造(Additive manufacturing,AM)技术的一种,其成形精度高,有利于实现更复杂的结构设计,适合铝合金复杂零部件的快速成形,被广泛应用于航空航天领域中.铝合金由于具有密度小、比强度高及优良的综合力学性能被广泛应用于航空航天、汽车等轻量化设计领域中.但是打印缺陷的形成严重限制了SLM工艺铝合金的推广应用.因此,了解缺陷的形成机制从而控制缺陷的产生对SLM工艺铝合金的应用有着重要的意义.SLM工艺打印缺陷主要分为裂纹,孔隙,残余应力和各向异性,球化.打印缺陷主要由不恰当的工艺参数导致.本文以Al-Si系铸造铝合金为研究对象,综述了SLM制备铝合金打印缺陷形成机制的研究进展,总结了缺陷形成的影响因素,并归纳了缺陷与铝合金力学性能之间的影响关系,孔隙率过多容易导致铝合金的拉伸和疲劳性能降低,通过选择适当的后处理可以有效改善其疲劳性能.     

电子束选区熔化成形Ti_(2)AlNb合金微观组织与性能EI北大核心CSCD

Ti_(2)AlNb基合金由于具有优异的高温比强度、高温抗蠕变性能和较高的断裂韧度,因而被认为是替代传统镍基高温合金最具潜力的材料。采用电子束选区熔化(selective electron beam melting,SEBM)技术成形Ti-22Al-25Nb合金,通过工艺优化获得高致密度(5.42-5.43 g/cm^(3))的成形试样。研究了沉积态和热等静压(hot isostatic pressing,HIP)态试样的显微组织演变、物相演变及其对力学性能的影响。结果表明:沉积态和HIP态组织呈现出沿成形方向的柱状晶结构,且均由B2,O和α_(2)相组成,沉积态试样中的O/α_(2)相自上而下逐渐增加,HIP后组织趋于均匀化,且相对沉积态,析出相的宽度缩小、数量减少。沉积态试样中析出相较多的下部区域具有更高的显微硬度((345.87±5.09)HV),HIP后试样硬度值增加至388.91-390.48HV。沉积态试样室温抗拉强度和伸长率分别为(1061±23.71)MPa和(3.67±1.15)%,HIP后抗拉强度增加至(1101±23.07)MPa,伸长率降低至3.5%。     

钛基复合材料激光选区熔化增材制造成形技术研究进展

钛基复合材料相对于钛合金具有更高的硬度、强度和耐磨性,可以进一步扩大钛合金在航空航天、海洋、医疗等领域的应用范围.现阶段钛基复合材料的制备方法可以分为两大类:第一,传统方法(例如熔炼和铸造).该方法存在着能耗大、成本高的问题.第二,激光选区熔化技术.该技术具有加工时间短、成形精度高、不需要制备模具的优点,但在加工过程中还存在着容易球化、开裂、降低成形件塑性等缺点.本文综述了当前国内外钛基复合材料的研究进展,包括增强体以及工艺参数调控对显微组织、成形质量及性能的影响,并结合现阶段研究现状对后续发展方向进行一定的讨论和展望.     

选区激光熔化成形铜合金研究进展

铜合金具有良好的导电导热性,是众多行业的基础材料,随着高新技术的迅速发展,许多行业对高性能、高精度、复杂结构铜合金零部件需求日益增大。传统工艺可制备常规铜合金零件,但对于一些复杂结构铜合金零部件的制备存在困难。首先,本文综述了选区激光熔化成形铜及铜合金的研究进展,系统介绍了目前选区激光熔化成形纯铜所遇到的难点及解决方法;然后,综述了目前选区激光熔化成形不同系列铜合金的研究现状,重点介绍了不同系列铜合金成形件微观组织和力学性能及热处理后成形件微观组织和力学性能变化;最后总结了选区激光熔化成形铜及铜合金存在的问题及未来的研究方向。     

碳纳米管对激光选区熔化成形Al基复合材料的影响

基于激光选区熔化（SLM）方式,通过改变扫描速度,制备不同碳纳米管（CNTs,质量分数分别为0、0.5wt%、1.0wt%、1.5wt%、2.0wt%）含量的CNTs/Al复合材料试件,探究不同CNTs含量与激光扫描速度对试件性能的影响。结果表明,CNTs含量小于1.0wt%时,分散效果较好,大部分CNTs以单根状态黏附于Al粉表面;含量大于1.0wt%时,CNTs团聚尺寸增大、数量增多。相同SLM成形工艺下,低CNTs含量的CNTs/Al复合材料试件内部孔隙较少,致密度较高;高CNTs含量的CNTs/Al复合材料试件内部孔隙逐渐增多,致密度降低。激光扫描速度为1 300 mm/s工艺下,随着CNTs质量分数的增加,CNTs/Al复合材料试件硬度呈先上升后下降趋势,在CNTs含量为1.0wt%显微硬度达到最高。CNTs/Al复合材料试件平均晶粒尺寸相对于铝合金试件更加细化,在CNTs含量大于1.0wt%时,尽管晶粒依然细化,但试件致密度降低造成显微硬度下降明显。     

热等静压/热处理工艺对激光选区熔化成形GH4169合金微观组织与拉伸性能的影响EI北大核心CSCD

采用激光选区熔化(SLM)成形技术制备GH4169合金,利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)等分析热等静压/热处理工艺对SLM成形GH4169合金微观组织及拉伸性能的影响规律.结果表明:沉积态合金组织中,沿沉积方向的晶粒为柱状晶,晶粒内枝晶组织细小,枝晶间分布大量Laves相;经热等静压后,合金中的气孔及Laves相可被有效消除,沿沉积方向的晶粒转变为等轴晶;经980℃/1 h固溶处理后,合金中的晶界处析出大量短棒状δ相.热等静压/热处理后G H4169合金试样的室温及650℃拉伸性能均高于锻件标准要求的力学性能指标,且温度对断裂方式影响不大.     

激光选区熔化成形原位自生TiB2/Al-Si复合材料的微观组织和力学性能

利用激光选区熔化（SLM）技术制备了原位自生TiB₂纳米陶瓷颗粒增强Al-Si基复合材料,并对成形后的TiB₂/Al-Si复合材料进行不同的热处理。通过XRD物相分析、SEM微观组织观察、电子背散射衍射（EBSD）、EDS元素扫描分析和力学拉伸试验等对TiB₂/Al-Si复合材料的微观组织进行观察和力学性能测试。研究表明,在原位自生TiB₂纳米陶瓷颗粒和SLM快速凝固特性的共同作用下,SLM成形的原位自生TiB₂/Al-Si复合材料具有超细晶结构,平均晶粒尺寸为1.1 μm;TiB₂/Al-Si复合材料的力学性能优异,屈服强度为262 MPa,抗拉强度为435 MPa,延伸率为11.88%。对比经不同热处理的TiB₂/Al-Si复合材料,直接时效处理（150℃/12 h）的TiB₂/Al-Si复合材料性能最优,抗拉强度达到488 MPa,提高了53 MPa,延伸率降低至7.2%。     

退火态激光选区熔化成形AlSi10Mg合金组织与力学性能

AlSi10Mg合金具有高比强度、高耐磨性等优良特点。由于其成分接近共晶点,成形性能良好,被广泛应用于激光选区熔化技术。然而其热处理制度仍然沿用传统铸态合金的热处理规范,影响了其性能的充分发挥。本工作采用激光选区熔化技术制备了AlSi10Mg合金,并研究了沉积态和后续热处理过程中组织演化规律及其对室温力学性能的影响机制。研究发现：沉积态组织由沿沉积方向生长的α-Al柱状枝晶及枝晶间网状Al-Si共晶组成,具有强烈的〈100〉方向织构,沉积层由三部分组成,分别是细晶区、粗晶区及热影响区,抗拉强度389.5 MPa,伸长率4%。退火过程中,共晶Si破碎、球化,基体中过饱和Si不断析出长大。当退火温度从200 ℃提高到500 ℃时,Si颗粒发生Ostwald熟化,平均尺寸增长了23倍。经过300 ℃和500 ℃退火处理后,试样抗拉强度分别为287.0 MPa和268.0 MPa,但伸长率分别提高到10.3%和17.2%。     

选区激光熔化24CrNiMoY合金钢组织演化与力学性能

目的 为了获取具有高抗拉强度与高伸长率的24CrNiMoY合金钢,用选区激光沉积(SLM)方法进行打印。方法 以24CrNiMoY合金钢粉末为材料,当搭接宽度为0.09 mm、扫描角度为67°、扫描线长度为10 mm、扫描速度为1 000 mm/s时,在能量密度分别为102、116、129、142 J/mm³条件下打印合金钢样品,采用金相、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜及拉伸试验等分析手段,对制备样品的微观组织和力学性能进行研究。结果 在所采用的能量密度范围内,SLM制备24CrNiMoY合金钢的显微组织主要是板条马氏体组织,随着能量密度的增加,样品内部的气孔缺陷先减少后增加,硬度和拉伸性能以及冲击韧性呈现先升高后降低的趋势。在能量密度为116 J/mm³时,打印合金钢样品具有最优的综合力学性能,致密度为99.53%,硬度为(388±5.9)HV0.2,抗拉强度为(1 210±11) MPa,屈服强度为(1 124±10) MPa,断后伸长率为(6.2±0.4)%,冲击韧性为80 J/cm²。结论 在SLM打印24CrNIMoY合金钢样品中,较高的致密度及精细的板条马氏体是合金钢样品具有良好力学性能的关键要素,该研究可为SLM打印高抗拉强度与高伸长率的24CrNiMoY合金钢制动盘零件提供重要参考。     

激光选区熔化成形薄壁件研究进展

激光选区熔化是一种可以实现近净成形的数字化制造技术,能够制造传统工艺不能生产的复杂薄壁件,被认为是未来制造业的主导方向,应用前景广阔。综述了激光选区熔化成形薄壁件的研究现状,针对于激光选区熔化成形薄壁件成形质量较差、力学性能偏低等问题,重点介绍了工艺参数、热处理工艺以及壁厚等因素对激光选区熔化成形件微观组织、缺陷、成形质量及力学性能的影响,其中成形壁厚存在阈值,随着壁厚增加,薄壁孔隙先增加后减小,力学性能呈相反趋势。最后总结了薄壁件激光选区熔化成形存在的问题及未来的研究方向。     

选区激光熔化成形FeCrNi中熵合金点阵结构及其力学性能

金属点阵结构材料由于其轻量化、高比强度、能量吸收和多孔性等优势,广泛应用于航空航天、汽车工业等领域。以高强韧FeCrNi中熵合金(medium entropy alloy,MEA)为研究对象,采用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术制备了具有BCC,BCCZ,FCC,FCCZ四种仿晶格结构的FeCrNi中熵合金点阵结构材料,对其显微组织、力学性能及变形行为进行了系统研究。结果表明,采用SLM技术制备的FeCrNi中熵合金点阵结构节点搭接质量高,熔池交错堆叠致密,晶粒均匀细小。在相对密度相近时,BCC,FCC,BCCZ,FCCZ点阵结构的比强度和比能量吸收值依次升高。具有FCCZ点阵结构的FeCrNi中熵合金材料的比能量吸收值达到49.8 J·g^-1,显著高于Ti6Al4V及316L不锈钢点阵材料。有限元模拟分析表明,Z型支柱的存在增加了点阵材料的表观强度和刚度,并导致变形行为由结点弯曲主导向拉轴向压缩主导转变,是FCCZ点阵结构强度提升的主要原因。