金属构件残余应力测量技术进展

残余应力是消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力,对构件的力学性能有显著影响,会引起零件发生翘曲或扭曲变形,甚至开裂,定量测量残余应力数值对改变构件疲劳寿命,预防构件发生脆性破坏具有重要意义。国内外对残余应力测量进行了深入的研究,提出了多种测试方法。详细介绍了有损及无损残余应力测量技术的测量原理及国内外目前研究现状,分析总结了影响测试精度的主要因素及改进方法;调研了目前市场上较先进的仪器设备及其供应厂家;针对盲孔法孔周围塑形变形及钻孔偏心、压痕法塑性区域半径、X射线衍射法试样内部显微组织结构、中子法零点漂移、超声波法测量尺寸带来的误差的重要改进技术;并对残余应力测量技术发展方向进行了展望。     

大型金属构件激光选区熔化成形设备设计

激光选区熔化成形技术发展迅速,用于大尺寸复杂金属构件整体成形的激光选区熔化成形设备的需求增加,其结构形式的选择需要结合大尺寸零件及成形基板的装卸以及激光选区熔化成形技术的工艺特性综合考虑。阐述了一种大型金属构件激光选区熔化成形设备的设计思路,提出了该设备的结构方案,叙述了该设备结构的各功能部件组成及设计要点。     

可摘除局部义齿支架的选择性激光熔化制造技术

针对传统制造方法在钛及钛合金可摘除局部义齿支架制造中的不足,研究了采用选择性激光熔化激光快速成型技术制造义齿支架的方法。利用自主开发的激光扫描显微(SLM)激光快速成型设备和软件控制系统,在大量工艺试验的基础上,优化最佳工艺参数,制造了钛合金可摘除局部义齿支架。结果表明,SLM激光快速成型技术完全可以满足钛及钛合金支架的制造要求。     

金属构件选区激光熔化快速成型铺粉控制系统研究

选区激光熔化（SLM,Selective Laser Mching)技术是直接将选区内金属或合金粉末逐层熔化,堆积成一个冶金结合,组织致密的实体,其外形不需进一步加工,经抛光或简单表面处理可直接作模具。本文是在自行研制的国内首台金属构件直接选区激光熔化实验样机设备基础上,介绍分析了该设备的控制系统,重点介绍了选区激光熔化设备铺粉控制系统,它是该技术能否达到预期目标的关键因素之一,并且对其铺粉精度进行了试验验证,为金属构件直接选区激光熔化成型工艺研究奠定了基础。     

复合材料胶接修复金属构件残余热应力研究进展

复合材料补片胶接技术是一种有效修复飞机受损构件的低成本方法.由于补片与金属材料热膨胀系数的显著差异,会在构件中引入残余热应力.归纳了复合材料修复技术中关于残余热应力的研究热点及成果,涉及常用的残余热应力分析模型、结构约束及固化制度对残余热应力的影响、减小残余热应力的途径等,并对今后的研究工作进行了展望.     

选择性激光熔化铺粉装置的优化设计

叙述了新设计的铺粉装置的工作原理。介绍了铺粉装置设计中的两点改进:铺粉刮刀的设计和落粉盒的设计。该铺粉装置将原有的两缸工作模式改为单缸工作模式,使用落粉盒进行粉末供给,从而减小设备体积,降低设备成本。已成功应用于实际制造。     

选择性激光熔化激光快速成型铺粉装置设计

叙述了利用现有条件,自行设计、制造的一套铺粉装置的基本组成和工作原理;论述了铺粉装置设计中的若干关键技术,如活塞导向装置设计、缸体结构设计,刮板的材料选择及结构设计等。该铺粉装置已成功应用于实际加工,取得了良好的铺粉效果。     

选择性激光熔化成形温度场模拟与分析

在316L不锈钢的选择性激光熔化(SLM)三维成形过程模拟中,针对目前普遍采用单层热源加载进行模拟的局限性,采用ABAQUS软件建立了一个三维多层有限元模型来解决此问题。主要研究了在成形过程中,激光功率和扫描速率对粉床热行为的影响,在软件子程序中考虑了材料的粉末-液态-实体状态变化、相变潜热的影响,同时实现多层铺粉以及多层热源的加载。模拟结果表明:多层扫描中,随着扫描时间的增加,单层熔池的温度越来越高,熔池三维尺寸也逐渐增加,第二层比第一层粉床中心位置处的温度增加0.04%,熔池的宽和高分别增加1.33%、29%,第三层比第二层粉床中心位置处的温度增加0.02%,熔池宽和高分别增加1.35%、25.8%;成形过程中,熔池前端的温度梯度较大,随着线性能量密度(LED)的增加,熔池的温度和三维尺寸也逐渐增加。功率比扫描速率对粉床热行为的影响大,能量密度的范围在1.5~2.5 J/cm时,成形件的质量较好。     

选择性激光熔化成形瞬态温度场数值模拟

为揭示选择性激光熔化成形的机理,初步建立了其熔化过程的传热理论模型;考虑温度变化对材料热物性参数的影响,利用ANSYS参数化设计语言(APDL)建立了有限元数值模型并进行了温度场求解.计算结果显示:熔化成形过程中温度场等值线呈椭圆状,已凝固部分在光斑再次扫描至邻近部位和上层粉末时由于热传导作用而发生重熔;熔池的尺寸大小随吸收能量的增加而逐渐增大,由初始宽约0.2mm增至0.25mm左右;温度场分布均匀、温度梯度小可减小零件的翘曲变形;基板温度随时间的推移而逐渐升高.     

磨齿表面残余应力研究进展

综述了国内外有关磨齿表面残余应力的研究进展,分析了磨削变质层残余应力的产生机理;可通过控制热处理工艺与磨削工艺,且后续可选择表面恢复与强化技术,使磨齿表面残余应力合理分布。     

激光选区熔化增材与机加工复合制造AISI 420不锈钢:表面粗糙度与残余应力演变规律研究

激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)增材制造技术具备极端复杂构件制造能力,为高性能构件的材料结构一体化制造提供了技术支撑。然而,在激光与材料交互作用过程中,熔池稳定性,熔池间界面结合性,熔体与基体的润湿性等因素直接影响构件微观组织、表面精度与粗糙度。其中,SLM成形的金属表面粗糙度较高是制约其发展的重要因素,SLM技术与机加工复合是发展趋势之一。因此,采用机加工的方法对SLM样品进行表面处理,分别研究了机加工对不同致密度金属,不同铣削深度及不同铣削面对金属试样粗糙度及残余应力的影响规律。其中,试样粗糙度经过铣削后从约10μm降低到1μm以下,极大改善了制件的表面质量。同时,通过铣削使试样水平方向的残余应力由压应力变为拉应力并大幅降低。     

铝合金铣削残余应力的研究进展

随着航空航天和汽车工业的发展,铝合金因其优良的性能得到了广泛应用,但铝合金铣削时出现的加工变形问题日益突出。铣削过程中产生的残余应力是导致加工变形的主要原因,相较于传统试验方法,有限元模拟仿真研究残余应力具有省时省力、节约成本的优点,更能获知应力场、应变场、温度场等重要信息,因此采用有限元技术对切削加工进行数值仿真将是未来研究铝合金结构件变形问题的大趋势。本文阐述了近年来国内外有限元模拟铣削过程的研究进展,总结了不同条件下对铣削铝合金残余应力的分析及研究成果。     

Inconel718微环形零件激光增材制造残余应力数值分析

选区激光熔化技术由于产生局部高温,材料发生不均匀变形,残余应力极大影响成形件质量.含空腔微型环形零件为数值模型研究对象,运用热弹塑性材料模型、金属粉末-固体两相转化及生死单元重启动技术,建立选区激光熔化过程热-力顺序耦合数值仿真模型,研究选区激光熔化增材中,零件残余应力分布规律及尺寸效应.计算结果与文献试验值对比验证有...     

脉冲激光沉积薄膜的残余应力测量

为了测量脉冲激光沉积法制备的小面积薄膜的残余应力,并解决Stoney公式在特定情况下误差较大的问题,本文提出了一种基于悬臂梁结构和数值计算的薄膜残余应力测量方法。该方法以初始曲率为零的原子力显微镜探针作为衬底梁,在衬底梁上使用脉冲激光沉积方法沉积被测薄膜,并记录衬底梁在薄膜沉积前后的翘曲形貌变化,再结合薄膜厚度、衬底梁几何尺寸、所涉及材料的杨氏模量与泊松比等其他参数,借助数值计算对实验数据进行分析,得出被测薄膜的残余应力。使用该方法测出:基于脉冲激光沉积法在高温环境下制备的二氧化钒薄膜的残余应力为-340 MPa,与文献报道的结果相符。本文提出的基于悬臂梁结构和数值计算的薄膜残余应力测量方法具有适用范围广、准确度好、实验成本低的优点。     

激光选区熔化自由制造异质材料零件

为解决当前激光选区熔化成型过程难以按需在零件上自由布置不同材料的难题,基于多漏斗供粉+柔性清扫回收粉末原理,对异质材料零件激光选区熔化增材制造技术展开了研究,详细探讨了成型机理、粉尘污染防范机制及异质材料数据处理方法。采用CuSn10,4340两种不同的合金材料进行了工艺实验验证。实验表明,该方法能自由地在不同层间或同层内不同区域按需布置不同的材料;所得块状异质材料零件的铜合金材料区域Fe元素的平均质量百分含量可控制在2%以下,钢材料区域Cu元素的平均质量百分含量可控制在1%以下;成功成型了一个具有复杂外形及微细材料区域特征的异质材料齿轮零件,零件异质材料区域不受零件复杂外形限制,可自由按需布置材料,0.5mm宽的层内异质材料区域也能被较好地表达出来,尺寸误差不超过±0.1mm。     

选择性激光熔化铺粉装置的优化设计北大核心

叙述了新设计的铺粉装置的工作原理。介绍了铺粉装置设计中的两点改进:铺粉刮刀的设计和落粉盒的设计。该铺粉装置将原有的两缸工作模式改为单缸工作模式,使用落粉盒进行粉末供给,从而减小设备体积,降低设备成本。已成功应用于实际制造。     

扫描路径对选择性激光熔化成形质量的影响

基于选择性激光熔化技术,研究了不同扫描路径对Ti6Al4V成形试样的表面粗糙度、残余应力、翘曲变形的影响。结果表明:无论是长边扫描还是短边扫描,上表面的粗糙度值要明显小于侧表面的粗糙度值,和扫描方向相平行的侧表面的粗糙度值要小于和扫描方向相垂直的侧表面的粗糙度值。采取短边扫描的成形件和基板之间的残余应力值更小,且成形件和基板的最大翘曲变形相较于长边扫描减小了约35%。在SLM成形前,采取对基板进行适当预热的方式可以减小成形过程中成形件和基板之间的温度梯度,从而达到减小残余应力的目的。采取短边扫描且基板预热温度为300℃的成形件达到了99.4%的近全致密,采取短边扫描的成形件的致密度要高于采取长边扫描的成形件的致密度。实验结果表明,采取短边扫描的SLM成形件的成形质量更好。     

陶瓷加工表面残余应力研究进展

工程陶瓷材料具有高脆硬性,导致断裂强度和韧性对表面残余应力非常敏感。本文综述了工程陶瓷的磨削加工表面和特种加工表面的残余应力研究进展,重点从预应力磨削、电火花加工、超声辅助研磨、激光加工等角度阐述了陶瓷加工表面残余应力形成机理和分布规律。并从表面抛光、喷丸强化处理、退火处理等方式考虑对陶瓷加工表面残余应力分布进行后续调整。