热处理对激光立体成形TC4残余应力的影响

采用小孔释放法对激光立体成形TC4钛合金沉积态和热处理后的残余应力进行了测试.结果表明,激光立体成形TC4合金的残余应力属于低应力水平,沿激光扫描方向的残余应力σY和垂直于激光扫描方向的残余应力σZ具有类似地分布规律.激光扫描起始位置的残余应力值较小,到中间位置达到最大的压应力,而到熔覆结束位置转变为最大的拉应力;靠近基材处熔覆层的残余应力为较大的压应力,随着熔覆高度的增加,到顶部转变为较小的拉应力.相比沉积态试样,去应力退火后σY和σZ分别平均降低59.8%和72.3%,固溶时效处理后分别平均降低64.7%和 67.8%.热处理后残余应力分布趋于平缓,可有效地消除和调整激光成形过程产生的残余应力.     

热处理对激光立体成形TC11钛合金组织的影响

通过对TC11钛合金激光立体成形件沉积态和热处理态组织进行对比研究,探索改善TC11钛合金激光立体成形组织,提高材料高温综合性能的途径.结果表明,TC11钛合金的沉积态组织由贯穿多个熔覆层粗大柱状晶和粗大等轴晶组成,原始柱状β-Ti晶内的微观组织是由条状α和残留β组成.沉积态试样在950 ℃热处理后组织为等轴α、条状α和β转变基体组成的近似三态组织,晶界α大部分破碎球化消失,部分未破碎的晶界上镶嵌有α集束.粗大β晶内等轴α的产生与亚晶有关.在970 ℃热处理后为网篮组织,等轴α较少,α板条有粗化趋势;在1030 ℃再结晶后再经950 ℃热处理的组织是由粗大α板条组成的魏氏组织,在α边界和α内部残留有大量细小β,晶界α基本没有破碎消失.     

单点渐进成形工艺参数对激光拼焊板圆锥台件回弹影响研究

激光拼焊板单点渐进成形回弹是影响成形精度的重要因素。使用回弹角来度量板料回弹大小,并使用正交试验设计对工具头直径、成形高度、下压量、半顶角等因素进行实验研究,得到各因素对回弹的影响程度。得出影响板料回弹因素的大小依次为:成形高度、下压量、半顶角和工具头直径;工具头直径变化对回弹影响不大;成形高度对回弹影响显著,成形高度越高,回弹量越小;在一定范围内,回弹角的大小取决于下压量的大小,下压量越大回弹角越小;过大或过小的半顶角都会导致显著的回弹现象,合适的半顶角设计能够有效减少回弹的出现,从而保证成形精度。最后通过实验验证了正交试验得出的最优工艺参数。     

激光立体成形高性能金属零件研究进展

激光立体成形技术是从20世纪80年代初期发展起来的一项先进制造技术,能够实现高性能复杂结构金属零件的无模具、快速、全致密近净成形。该技术可以用于承受强大力学载荷的三维实体金属零件的快速制造,也可应用于具有较复杂形状和较大体积制造缺陷、误加工损伤或服役损伤零件的修复。主要围绕激光立体成形技术在追逐高力学性能方面的研究工作,综述了激光立体成形研究和应用的主要进展情况。对多种合金的大量研究工作表明：激光立体成形金属零件的综合力学性能同锻件相当,导致这样优越的力学性能的主要原因在于其材料组织致密、细小、均匀,可以通过优化成形工艺和热处理工艺而获得基本上没有冶金缺陷的状态。激光立体成形技术的主要应用对象是兼顾高性能和复杂结构的金属零件的制造和修复。实现高性能修复是激光立体成形技术最近的一个引人注目的研究进展,修复零件的力学性能可以仅在简单的退火热处理状态下即达到锻件力学性能标准,这使得过去认为不可修复的高性能重要金属零件具备了现实的修复技术途径,这必将是激光立体成形技术最有前景的应用方向之一。     

控制锻件变形均匀性的预成形优化设计

变形均匀性是衡量锻件质量的一个重要指标，该文采用基于灵敏度的正向模拟优化法，采用自己编制的程度，以控制终锻件变形均匀性为目标，预成形模具控制点的坐标作为优化设计变量，对典型的高宽比H／B=1．0的H形锻件的预成形模具形状进行了优化设计。给出了目标函数及其灵敏度的表示方法，解决了优化过程中的网格再划分问题，并给出了优化设计的实例，最后提出了一种以单元体积代替单元数目为衡量指标的变形均匀因子法来衡量优化结果，比较表明优化取得了明显的效果。     

Fe含量对激光立体成形TC4合金组织性能的影响

研究了Fe含量(0.026%,0.18%,质量分数)对激光立体成形TC4合金组织及拉伸性能的影响。对沉积态及固溶时效处理后的组织进行了分析:2种Fe含量下,沿沉积方向组织均为由贯穿多个熔覆层的β柱状晶组成,内部为魏氏组织且晶界处有较小的α集束;固溶时效处理后,随着Fe含量增加,沿沉积方向组织由粗大的柱状晶转变为细小柱状晶,发生了明显再结晶。热处理后试样室温拉伸性能均高于锻件标准要求,沿沉积方向拉伸性能随Fe含量升高而升高,而Fe含量对垂直于沉积方向上拉伸强度影响不大。     

预压缩变形对AZ31合金应力应变行为的影响

对挤压态AZ31合金进行了不同预变形量的压缩变形,并对随后的压缩和拉伸变形行为进行了对比分析,考察了不同变形方式下AZ31合金的组织与力学性能的变化,并分析了其作用机理。结果表明,随预压缩变形量增加,AZ31合金中的孪晶数量不断增多,而等轴晶含量不断减少;随着预变形量增加,AZ31合金的压缩屈服强度逐渐提高,而拉伸屈服强度则逐渐降低;随着预变形量从0%上升至1.0%,屈服不对称比越接近于1.0,而当预变形量大于1.5%时屈服不对称性又开始增加;要降低AZ31合金的拉压屈服强度不对称性,合适的压缩预变形量应控制在1.0%~1.5%之间。     

激光加工工艺参数对Al2O3陶瓷坯体成形性能的影响

研究了激光加工工艺参数对Al2O3陶瓷坯体成形性能的影响,利用正交试验分析法确定了其对成型性能的主要影响因素.结果表明:扫描速度、激光功率、成分配比、扫描间隔和气体压强对Al2O3陶瓷坯体成形性能的影响程度依次减小,最佳工艺参数优化结果为扫描速度25 mm/s、激光功率12mA、配比35v01％、扫描间隔0.1mm和气体压强0.4 MPa.     

热处理对激光立体成形TA15合金组织及力学性能的影响

研究了激光立体成形TA15钛合金沉积态、退火态、固溶时效态以及双固溶时效态4种状态的组织及力学性能。结果表明:沉积态组织为大量不同取向相互交叉的发达魏氏α+β板条,其拉伸性能表现出一定的各向异性。经退火后,显微组织没有明显变化,塑性在强度降低不多的情况下得到了提高。退火态试样具有良好的综合拉伸性能,达到了锻件退火态的拉伸性能标准。经固溶时效处理后可得到粗化的α初+α’组织,成形件的强度显著提高。经双固溶时效后可得到粗化α初+细化α次+α’组织,强度稍有降低。与室温相比,4种状态均呈现出高温强度降低而塑性提高的特点。对于不同的热处理状态,成形试样的洛氏硬度HRC处于30~45范围变化,不同热处理态的硬度变化与拉伸性能中的强度变化趋势一致。     

Effect of Pre-deformation on Nanoscale Precipitation and Hardness of a Maraging Stainless Steel

The effect of pre-deformation on nanoscale precipitates and hardness of a maraging stainless steel strengthened by the co-precipitation of Ni₃Ti, Mo-enriched and Cr-enriched precipitates was systematically studied using electron back scattered diffraction, transmission electron microscopy and atom probe tomography (APT). Hardness measurements showed that the hardness of specimen with a deformation ratio of 90% peaked at HV 718 aged for 24 h, which is higher than that in the undeformed specimen (HV 603) aged for 72 h at 480 °C. APT characterization revealed that pre-deformation could shorten the incubation time of the Mo-enriched and Cr-enriched precipitates. At the early-aged stage, pre-deformation increased the stain energy that inhibited the nucleation of Ni₃Ti precipitates, but accelerated the rejection of Mo from Ni-Ti clusters. Besides, the strengthening model indicated that strain hardening (43%) makes a larger contribution to the hardness at the early-aged condition, while precipitation hardening (58%) has most contribution to the hardness at the peak-aged conditition.     

铁基材料表面激光熔覆不锈钢涂层的研究进展

激光熔覆技术作为推动国家制造业升级的重要绿色制造和再制造技术,在航空航天、海工交通、冶金机械等重点领域具有广阔的应用前景。激光制造用粉末材料是影响该技术应用和发展的关键因素之一,其中铁基合金材料具有成本低、力学性能好、应用范围广等优势,特别是不锈钢体系的铁基合金因其良好的力学性能和优异的耐蚀性能而逐渐成为研究关注的焦点。全面综述了国内外在铁基材料表面激光熔覆不锈钢涂层的相关研究进展。根据显微组织的不同,目前采用激光熔覆技术制备的不锈钢涂层的类型主要有:奥氏体型不锈钢、马氏体型不锈钢、铁素体型不锈钢以及双相型不锈钢。重点综述了激光工艺参数(激光功率、扫描速度、熔覆方式等)、合金元素(Al、Ni、B、Mo等)、添加物(SiC、WC、VC、Cr3C2、Al2O3等陶瓷相)以及热处理(固溶处理、低温回火等)等因素对激光熔覆不锈钢涂层组织和性能的影响,主要包括对熔覆层的相组成、截面几何尺寸、稀释率、残余应力、力学性能、耐蚀性能等的影响规律及微观机制。同时,指出了目前在铁基材料表面激光熔覆不锈钢涂层领域中存在的主要问题及今后的发展方向。     

激光快速成形316L不锈钢的组织及性能

基于一般快速成型原理，采用激光熔化同轴输送的316L不锈钢粉末，在沉积基板上逐层堆积出薄壁金属零件，所制零件组织致密，成分均匀，具有快速凝固组织特征，力学性能与铸态及铸造退火态相当，可满足直接使用要求。     

基体表面粗糙度对激光沉积不锈钢形貌、组织及性能的影响

目的研究基体待沉积表面粗糙度的变化对激光沉积之后沉积层质量(宏观形貌、微观组织和力学性能)的影响,从而获得形貌、组织及性能优良的沉积层。方法采用316L不锈钢粉末,在不同表面粗糙度状态下P20钢基体表面分别进行单道单层、薄壁、多道搭接及块体沉积实验,获得测试分析所需沉积层,基于OM、SEM以及拉伸试验对沉积层组织性能进行分析。结果单道单层时,相对于铣削基体表面沉积层,喷砂基体表面沉积层的熔高、熔深增加幅度达到了100%,而熔宽增加较平缓;单道薄壁时,在前5层的沉积中,喷砂基体表面沉积高度增长达到2.5mm,铣削表面沉积高度仅为前者一半,喷砂基体上沉积层内部孔隙率仅为铣削基体的31%;多道搭接时,随着粗糙度的增大,沉积层截面纵向尺寸H的内部增长范围持续变大,而横向尺寸L范围保持稳定。喷砂基体表面沉积层的σ_b为540.93 MPa,而铣削基体上的σ_b为523.12 MPa。结论随着基体表面粗糙度的增加,沉积过程中陷光效应相应增强,单道单层沉积层的宏观形貌尺寸随之增大。对于薄壁沉积,基体粗糙度对薄壁高度的影响主要集中在前5层,粗糙度的增大使得沉积高度生长加快,内部孔隙率减小。多道搭接时,粗糙度越大,熔高熔深方向的尺寸变化越大,沉积层内部枝晶更加粗大,且不均匀。沉积层内部的抗拉强度随粗糙度的增大而提升。     

Laser Solid Forming Repairing and Remanufacturing of High Strength Steel

Laser solid forming (LSF) is an advanced manufacture technology developed from early 1990s, which can realize the rapid manufacturing high performance near-net-shaping complicated metallic components with full-dense directly. Currently this technology has been widely used for rapid manufacturing of metal parts, repairing and remanufacturing service of large parts with defects in aerospace, energy, transportation industry etc. In present paper, the main progresses on the research and application of LSF are r...     

Effect of Oxidation on the Bonding Formation of Plasma-Sprayed Stainless Steel Splats onto Stainless Steel Substrate

Stainless steel splats were deposited on 304 stainless substrates with different thicknesses of oxide layer to examine the effect of substrate oxidation on splat morphology and splat-substrate interface bonding by inert low-pressure plasma spraying. The cross sections of splats showing the splat-substrate interface were prepared by focus ion beam (FIB). The splat morphology and splat-substrate interface bonding state were characterized by scanning electron microscopy. The interface bonding was also examined by an electrolytic etching process. Results showed that with increasing oxide layer thickness and surface roughness, the morphology of splat changed from disk shape to splashed finger-like shape. The examination into the interface bonding by using FIB-prepared cross-sectional samples revealed that the splat interface bonding depended on the oxide roughness and composition. The interface bonding with a ratio of 44% was formed at the inner part of a splat on the pre-oxidized substrate when iron oxide presented on the surface, and the roughness of oxide scale was <5 nm. When the pre-oxidizing temperature exceeded 800 °C, the surface roughness increased to 14 nm and chromium oxide covered the pre-oxidized surface, resulting in no effective bonding forming at the whole interface. Thus, surface roughness and oxide composition have a significant influence on the splat interface bonding formation.     

激光快速成形过程中316L不锈钢显微组织的演变

对316L不锈钢在激光快速成形过程中的凝固行为和组织形成进行了考察．结果表明,成形件呈现全γ奥氏体结构,γ奥氏体从基体外延生长成柱状枝晶,并显示较强的晶体取向性,其（100）晶向基本平行沉积方向,仅在顶部出现一薄层转向枝晶层,而在成形件中出现的层带结构并未影响不同熔覆沉积层之间组织生长和取向的连续性．采用最高界面生长温度判据对激光快速成形中的相形成规律进行了分析,并结合平界面稳定性分析、枝晶生长理论和柱状晶／等轴晶转变模型讨论了成形件中的层带形成及外延柱状晶生长特性．     

含氮双相不锈钢激光成型试样的力学与腐蚀性能

针对大型装备现场增材修复与再制造的需要,设计制备了一种集约化双相不锈钢粉末,用于Q345、Q460以及EQ56等海工结构钢和18-8等奥氏体不锈钢大型承力部件现场修复。采用99.999%高纯氮气保护在Q345和1Cr18Ni9Ti基材上制备了激光成型试样,采用试验方法研究了试样的组织结构、力学性能、电化学性能和氮含量的变化规律。结果表明：采用高纯氮气保护,可以制备出含氮的双相不锈钢成型层,成型层中奥氏体和铁素体晶粒分布较均匀,氮含量比粉末中氮含量下降了45%。试样抗拉强度为940~1040 MPa,屈服强度为800~910 MPa,断后延伸率为21%~25%,显微硬度为275~285 HV_0.1。在20 Hz交变载荷、试验应力范围330~600 MPa的试验条件下,成型试样的平均断前循环次数大约为标准冷轧棒材1Cr18Ni9Ti的7倍。磨损量分别为基材Q345和1Cr18Ni9Ti的0.3和0.5倍。试样腐蚀电位比1Cr18Ni9Ti增加0.364 V,腐蚀电流密度减少4.34×10^-7A/cm²,成型试样有良好的综合性能。     

316L不锈钢激光熔覆成形件铣削表面质量分析

激光熔覆成形技术可以实现零件的再制造,但成形后的零件需要通过铣削加工来提高表面质量和精度。为分析316L不锈钢激光熔覆成形件铣削加工参数对表面粗糙度和表面形貌的影响,使用正交设计和优化设计2种方法进行试验以建立多元线性回归方程。以提高表面质量为目标,通过极差分析和响应面分析进行参数优化并对比优化结果。结果表明：各参数对表面粗糙度影响的显著性由大到小依次为进给速度vf、侧吃刀量ae、背吃刀量ap、主轴转速n;多元二次回归模型显著性更高,准确性最好;响应面优化参数组合得到的表面质量最好,形貌最佳。     

基于VB和ANSYS接口的板料激光成形有限元分析系统

利用VB及ANSYS提供的二次开发工具APDL,开发了界面友好的板料激光成形有限元分析系统。借助VB前台开发友好、方便、易用的人机交互界面,对复杂、难理解难掌握的ANSYS命令流进行后台封装,能够大大减少激光成形工艺研究与设计的工作量。