激光增材制造TC11钛合金的耐蚀性研究

采用浸泡和电化学腐蚀测试方法,研究了激光增材制造TC11钛合金在盐酸溶液中的耐蚀性,利用扫描电镜分析了腐蚀前后合金表面的微观形貌。结果表明:激光增材制造TC11钛合金中α相所含Mo元素较少,易于发生选择性优先溶解;在盐酸溶液中,随浸泡时间的延长,开路电位先降低后逐步升高,电荷转移电阻Rct先急剧下降后逐渐保持稳定,自腐蚀电流密度icorr升高;激光增材制造TC11钛合金α+β网篮组织较锻件双态组织细小,具有更好的耐蚀性;双重退火热处理后,α相含量增多并粗化,耐蚀性略有下降。     

硼对激光增材制造TC4微观组织及力学性能的影响

在TC4粉中加入不同含量的硼粉进行激光增材制造试验,研究了硼对激光增材制造TC4钛合金微观组织及力学性能的影响。结果表明:添加微量硼可以有效细化原始柱状晶和晶内的板条α相;当硼的质量分数为0.05%时,原始β柱状晶的生长被限制,柱状晶的宽度明显减小;当硼的质量分数为0.1%时,原始柱状晶大量转变为等轴晶,晶内板条α集束的尺寸减小;对比没有添加硼的激光增材制造TC4,TC4-0.05B的塑性明显提高,但强度的变化不明显;沉积态和固溶时效态TC4-0.05B力学性能的各向异性都较小。     

送粉式激光增材制造TC4钛合金熔覆层组织及电化学腐蚀行为的研究

采用激光增材制造(LDM)技术在TC4钛合金基体表面制备了TC4钛合金熔覆层,研究了不同扫描速率下制备的熔覆层的组织、显微硬度以及其在H_2SO_4溶液中的抗电化学腐蚀性能。结果表明:熔覆层的主要物相为α-Ti,且在β晶界附近生成了细针状α′马氏体,组织呈正交状网篮结构;随着扫描速率增大,熔覆层的平均显微硬度先增大后减小,腐蚀电流密度先降低后升高,电荷转移电阻先增大后减小,即其耐蚀性先增强后减弱;当扫描速率为10 mm/s时,熔覆层具有最大的平均显微硬度(390 HV)、最小的腐蚀电流密度(1.2337μA·cm^-2)、最大的电荷转移电阻(11500Ω·cm^-2),此时的熔覆层具有较好的抗电化学腐蚀性能。     

增材修复对激光沉积制造TC4组织与力学性能的影响

采用激光沉积修复技术和电弧增材修复技术分别对预制损伤激光沉积制造TC4进行修复,然后对其进行不同的热处理,研究两种修复制件在热处理前后的组织和力学性能。结果表明:两种修复件的修复区均与基材形成了致密的冶金结合,无明显的热影响区;两种修复件的显微组织存在差异,激光修复区中的β柱状晶由基材延伸到修复区顶部,整体组织较为一致,而电弧修复区中出现了粗大的β等轴晶,晶内α相较基材的更细长;激光修复件的综合性能较好,其强度与塑性均高于TC4锻件标准,电弧修复件的强度与激光修复件的相当,但断面收缩率较激光修复件的低;600℃退火处理对组织及性能的影响较小,而固溶时效处理能使α相明显粗化,大幅提升其塑性,且对强度的影响不大,可使制件获得较佳的强度/塑性匹配;两种热处理态修复件的拉伸断裂机制不同,激光修复件的断口表面布满大而深的韧窝,为韧性断裂,而电弧修复件断口上的颈缩不明显,韧窝较浅且起伏较小,表现为准解理断裂特征。     

激光增材修复TC4钛合金不同方向组织及性能研究

对TC4钛合金激光增材修复试样进行不同方向的组织、显微硬度及室温拉伸性能分析。结果表明：激光增材修复区为典型的网篮组织,增材高度方向增材区为细密的网篮组织,倾斜方向增材区的网篮组织内包含部分等轴α相,扫描方向试样由于热量累积少,散热快,且靠近结合区,由大量细长α板条以及部分针状α′组成。增材区显微硬度以扫描方向试样为最大,约为345 HV,比增材高度方向和倾斜方向试样高出4.1%;扫描方向试样结合区的显微硬度最高,达到362 HV。不同方向试样室温拉伸性能存在各向异性,扫描方向试样抗拉强度高,塑性略低,增材高度方向和倾斜方向试样抗拉强度低,塑性略高。断口均表现出韧性断裂。     

激光增材制造Ti60A钛合金的氧化行为

利用激光增材制造技术制备了沉积态和锻态Ti60A钛合金,并在600~800℃温度下进行了氧化实验,研究了不同氧化条件下试样的增重量及显微硬度的变化规律。结果表明,沉积态和锻态Ti60A合金的表面氧化产物主要由Ti O2和Al2O3构成,氧化层的生成是由氧向基体内扩散与Al和Ti元素向外扩散的共同作用所致;在相同的实验条件下,与锻态的相比,沉积态Ti60A合金氧化增重量更小,表面氧化层更致密,厚度更小,氧元素的扩散深度更小,高温抗氧化性能更好。     

铝含量对激光增材制造TC4合金组织及性能的调控

为提升激光增材制造TC4合金的综合性能,采用铝为合金化组元对其进行组织与性能调控。结果表明:在激光增材制造的非平衡凝固条件下,不同铝添加量的TC4合金凝固组织皆由呈交错排列的β-Ti和α-Ti网篮组织构成,但有所不同的是,随着铝添加量的增加,组织中α-Ti固溶体的相对含量逐渐增多,其尺寸呈现出先减后增的变化趋势,即在铝添加量(质量分数)为1.5%时达到最小。沉积态合金的硬度、屈服强度和摩擦磨损性能随着铝添加量的增加而逐渐增大,而塑性、耐蚀性和表面粗糙度则分别在铝添加量(质量分数)为1.5%时达到最优。这表明,添加1.5%Al的沉积态合金有着最佳的性能匹配,其力学性能、摩擦学性能、电化学性能和成形性能均较TC4合金有了明显提升。     

增材制造TC4钛合金在激光抛光前后的电化学腐蚀性能

对表面已进行喷砂处理的增材制造TC4钛合金在氩气环境下进行激光抛光实验,通过极化曲线测试研究了抛光前、后钛合金的耐蚀性,并结合表面粗糙度、晶粒尺寸、表面残余应力以及显微组织分析了激光抛光对TC4钛合金耐蚀性的影响。研究结果表明:抛光钛合金的自腐蚀电位与自腐蚀电流密度均大于未抛光钛合金,说明抛光钛合金相比于原始钛合金的被腐蚀倾向更小,但其一旦受到腐蚀,腐蚀速率会略大于原始钛合金。自腐蚀电位的升高源于钛合金表面粗糙度的降低,自腐蚀电流密度的增大则是因为表面晶粒的细化以及残余拉应力的存在。     

激光增材制造TC4/TC11钛合金梯度材料残余应力的有限元分析

激光增材制造(LAM)技术具有可设计性、短流程、高柔性制造等优点,特别适合高性能梯度材料的直接近净成形。然而成形过程中温度梯度作用和材料组分非均匀性,导致成形构件不可避免地存在残余应力,直接影响到构件的成形精度和使用性能。以在航空航天领域具有广阔应用前景的钛合金梯度材料为研究对象,基于ABAQUS有限元软件建立增材制造TC4/TC11功能梯度材料(FGM)温度和残余应力场的热力耦合力学模型。实验结果表明:激光增材制造过程中,沉积区域的残余应力主要表现为拉应力,且沿扫描方向的残余应力较大。不同材料组分交界面处的残余应力分布具有不连续性,靠近TC11含量高的一侧应力要高于另外一侧,残余拉应力随着TC11含量的增加逐渐增大。该研究对于梯度材料增材制造的结构设计和残余应力的调控具有重要意义。     

热处理及激光多道搭接对激光熔化沉积TC18钛合金组织的影响

研究了3种热处理制度及激光多道搭接对激光熔化沉积TC18钛合金显微组织的影响.结果表明:按照去应力退火-等温退火-双重退火的顺序.晶界α和晶内α片层都逐渐粗化,大柱状晶逐渐分裂,小晶粒逐渐趋于等轴化;激光扫描搭接区域,温度梯度大,重熔间隔时间短,生成大柱状晶;非搭接区域温度梯度较小,重熔间隔时间长,难以满足柱状晶外延生长的条件,从而形成小晶粒带.     

Mo对激光增材制造NiCrSi合金组织和耐磨性的影响

针对核工业阀门材料Deloro40镍基合金耐磨性急需改善的问题,采用激光增材制造技术通过添加不同质量分数的Mo元素,探究Mo元素对Deloro40镍基合金组织和耐磨性的影响。结果表明,Mo元素的添加促进了Mo₂C、Mo₂O和Ni₃Si₂物相的生成。随着Mo元素的增加,晶粒尺寸细化和组织中生成的硬质相Mo₂C使合金硬度得到提高;试样磨损率均呈现先增加后减小的趋势,在摩擦过程中生成的MoO₂起到润滑作用,降低磨损率。当添加5%Mo试样时,在25℃和400℃工况下合金均表现出优异的耐磨性。     

热处理工艺对激光增材制造铝锂合金组织及力学性能的影响

采用激光增材制造技术制备了铝锂合金板材,分析了铝锂合金在热处理过程中析出相的演变及力学性能的变化。结果表明,沉积态铝锂合金主要由α(Al)基体和TB(Al7Cu4Li)相组成,晶界处存在少量富铜相;退火后,TB相更加均匀密集地分布在晶粒内部,富铜相基本溶解,晶界处存在少量Al-Cu-Fe杂质相;固溶淬火后,TB相固溶到基体中,晶内存在少量δ′(Al3Li)相;时效后,主要弥散析出θ′(Al2Cu)和σ(Al5Cu6Mg2)相。热处理后铝锂合金的显微硬度、抗拉强度比沉积态的分别提高了47.6%和87.7%。     

激光增材连接TA15钛合金显微组织及力学性能研究

针对某大型复杂整体钛合金构件的激光增材制造,开展了激光增材连接TA15钛合金结构样件的制备,分析了整个结合区的组织及力学性能。结果表明：激光增材连接TA15钛合金结合区的冶金质量良好,连接区的凝固组织是从母材本体外延生长的粗大β柱状晶,显微组织是与母材本体基本相同的超细α+β网篮组织。从低倍照片中可观察到连接区与母材本体的分界线,但高倍金相照片中表面分界线两侧钛合金的显微组织无明显差异。对结合区不同方向的室温拉伸、室温冲击和室温断裂韧度性能进行了测试,并与母材本体的相应性能进行了对比,发现激光增材连接TA15钛合金结合区的力学性能可达到母材本体性能的100%,结合区横向的室温抗拉强度、伸长率、冲击韧性和断裂韧性分别为1046 MPa、7.2%、33.17 J/cm²和78.2 MPa·m^1/2。该结果表明激光增材连接工艺可用于大型整体钛合金构件的高性能制造。     

金属材料的激光增材制造微观组织结构特征及其影响因素

激光增材制造(LAM)涉及了复杂的热作用加工过程,在该工艺下制备的多层结构成形件也具有复杂的微观组织结构特征.而成形件的微观组织结构特征决定了其机械性能,优化微观组织结构特征是进一步实现机械性能的精确调控的关键所在.本文综述了LAM多层结构成形件的微观组织结构特征,总结了其微观组织结构特征演变的影响因素,为实现LAM多...     

热处理对激光熔化沉积TC17钛合金显微组织及力学性能的影响

激光熔化沉积(LMD)TC17钛合金在航空航天领域具有广阔的应用前景,其沉积态试样强度较高但塑性较差,为了改善其综合力学性能,首先对LMD TC17钛合金进行退火处理,结果表明随退火温度升高α相含量逐渐减小,α片层粗化,塑性升高而强度下降,且退火后LMD TC17钛合金拉伸性能未达到盘件技术标准。进一步研究固溶时效对其组织性能的影响,固溶温度升高将使初生α相(αP)相含量降低、αP片层粗化;时效温度升高使次生α相(αS)粗化。拉伸性能受αP、αS相含量、α片层厚度等因素影响,β基体上均匀弥散析出细小αS的组织将有利于提高强度,αP含量增加、组织粗化有利于提高塑性,通过800℃/4h固溶处理后水淬以及630℃/8h空冷热处理可以使LMD TC17钛合金获得较优的强塑性匹配,拉伸性能达到盘件技术标准。     

激光增材制造DZ40M的微观组织及热处理研究

采用激光增材制造技术制备了钴基高温合金DZ40M,研究了沉积态DZ40M的微观组织,对比分析了不同热处理制度下DZ40M的微观组织及力学性能。结果表明,激光增材制造技术得到的DZ40M组织比传统定向凝固的更细,拉伸强度及塑性都有不同程度的增大。1280℃固溶处理能够使DZ40M的初生碳化物充分固溶并析出新的共晶组织,再经950℃或者1020℃的时效处理,有二次碳化物析出,时效处理对DZ40M力学性能起到良好的强化作用,并在一定范围内保留其塑性,其中1280℃/4 h+1020℃/12 h热处理制度处理试样,能够在提高室温抗拉强度的同时,最大程度地保留沉积态塑性。     

选区顺序对激光直接制造TC4残余应力及变形的影响

为降低激光直接制造大型TC4构件的基底变形及残余应力,研究了不同选区顺序对分区扫描成形时基底变形及残余应力的影响。分别采用新定义的由外而内、由内而外选区顺序及常规的随机选区顺序进行沉积实验,并运用面结构光及X射线衍射检测方法对基底变形及沉积层残余应力进行测量。结果表明:不同选区顺序对成形件基底变形及残余应力影响显著,采用由外而内选区顺序可大幅减小基底变形,与随机选区顺序相比,基底最大变形量降低60%,但是在沉积层引入了较大的残余应力,最大残余应力达到了392 MPa;随机选区顺序下沉积层残余应力量级较小,最大残余应力仅约93 MPa,残余应力分布更为均匀。因此,分别采用由外而内及随机选区顺序进行前后期成形有利于减小和平衡大尺寸TC4成形件基底变形及残余应力。     

激光增材制造技术专利概况

对激光增材制造技术的政策背景、技术发展现状及其专利概况进行了研究,从技术的构成、技术特点以及专利技术方面进行了调查,并重点在专利技术领域分类、专利申请趋势、申请国别、国外和国内重要申请人和发明人、专利侵权国别分布、专利诉讼主要申请人等方面进行了专利分析,明晰了我国激光增材制造的全球定位,找准薄弱环节,为国内相关产业链提供了有力的支持和决策建议。     

激光清洗对增材制造5A06铝合金的影响

铝合金因其优异的性能具有广泛的应用前景。但在增材制造中,铝合金的高温熔化,在每层金属之间形成氧化膜,对材料的力学性能产生恶劣影响。激光清洗工艺可以有效去除每层合金之间的氧化膜,提高材料整体的力学性能。结果表明：通过激光共聚焦显微镜的观察,激光清洗后5A06铝合金表面形貌平整。通过表面元素检测,5A06铝合金表面氧元素质量从19.85%下降到1.74%,氧化膜被去除。对激光清洗后的5A06铝合金进行力学性能测试,未经过激光清洗和经过激光清洗的材料表面硬度相差不大,约为85 HV。未经过激光清洗的5A06铝合金试样拉伸强度为268.833 MPa,经过激光清洗的5A06铝合金试样拉伸强度为293.5 MPa,拉伸强度的提升说明激光清洗有效改善了力学性能。     

热处理对激光选区熔化成形TC11钛合金组织性能的影响

研究了退火温度和保温时间对激光选区熔化(SLM)成形TC11钛合金组织性能及断裂机制的影响。结果表明:SLM成形TC11钛合金沉积态的组织为针状马氏体,显微硬度为402 HV_(0.5),抗拉强度和断后伸长率分别为1557 MPa和2.5%,表现出高强度、低塑性的特点。经850℃/4 h和950℃/4 h退火后,组织分别为细密的α+β混合组织和α+β网篮组织,硬度和强度降低,断后伸长率升高;且断裂模式由沿晶断裂转变为韧性断裂,这与断后伸长率的变化规律一致。经950℃退火后,随退火时间缩短,α片层越细密,且晶界α相由连续分布转变为非连续分布,导致抗拉强度和断后伸长率同时增加。经950℃/1 h退火后,可获得强度和塑性匹配较佳的TC11钛合金,其抗拉强度和断后伸长率分别为1051 MPa和19.8%。