激光选区熔化成形含钛6061铝合金的显微组织与力学性能EI北大核心

激光选区熔化(selective laser melting,SLM)成形6061铝合金易形成粗大的柱状晶和热裂纹。采用低能球磨组装修饰法制备TiH_(2)/AA6061铝基复合粉末,采用激光选区熔化技术制备含钛6061铝合金试样,分析不同TiH_(2)添加量对试样显微组织和力学性能的影响。结果表明:添加1%TiH_(2)(质量分数,下同)即可使合金熔池边界形成连续的等轴晶区,平均晶粒尺寸从59.8μm减小到2.53μm,粗大的柱状晶粒和裂纹被抑制,添加1.5%TiH_(2)时,SLM试样的粗大柱状晶组织绝大部分消失。显微组织转变归因于Ti元素增强成分过冷以及原位反应形成L12-Al_(3)Ti形核质点,该质点与铝基体形成共格界面,具有较强的异质形核作用,显著促进Al基体柱状晶向等轴晶转变及晶粒细化。经激光选区熔化成形后,添加1%TiH_(2)的试样抗拉强度为274 MPa,屈服强度为238 MPa,断后伸长率为18%。     

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。     

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。     

成形角度对选区激光熔化4Cr5MoSiV1钢组织和性能的影响EI北大核心CSCD

选区激光熔化(SLM)成形4Cr5MoSiV1钢具有良好的强/硬度以及耐磨性是提高其使用寿命的重要保证,为优化SLM成形4Cr5MoSiV1钢的组织和性能,研究不同成形角度下4Cr5MoSiV1钢试样的显微组织、显微硬度、拉伸性能和耐磨性。结果表明:随成形角度的增加,试样熔道间的热量累积程度降低,晶粒尺寸减小,细晶强化作用增强,故试样的显微硬度升高。随成形角度的增加,拉伸试样的滑移搭接面数量增多,滑移程度增加,且熔道边界处分正应力值降低,故试样的抗拉强度和断裂伸长率均升高。磨损试样的磨损机制以黏着磨损和氧化磨损为主,且随成形角度增加,试样的耐磨性升高。同一成形角度下,试样底层表面经多次热量累积后,其细晶强化和固溶强化作用减弱,显微硬度和耐磨性均降低。SLM成形4Cr5MoSiV1钢试样的显微硬度、耐磨性和拉伸性能呈正相关,45°成形角度下试样的力学性能最高,抗拉强度最高为1576.5 MPa,断裂伸长率最高为17%,顶层表面的显微硬度最高为608.4HV,顶层表面的磨损率最低为4.95×10^(-9)kg·N^(-1)·m^(-1)。     

激光选区熔化与铸造成形TC4钛合金的力学性能分析

借助有限元模拟、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和维氏硬度仪研究了激光选区熔化和铸造成形TC4钛合金的微观组织演变及力学性能,进一步分析了不同成形条件下液态金属凝固冷却对其微观组织和力学性能的影响。结果表明:激光选区熔化与铸造成形的TC4钛合金分别为针状马氏体α'相的网篮组织、α+β相的魏氏组织。与铸造相比,激光选区熔化成形TC4钛合金具有极快的冷却速率(1.78×107℃·s~(-1))和较高的温度梯度,元素类型相同,晶体取向明显。同时,利用激光选区熔化(SLM)技术成形的TC4试样的抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度分别为1 120.83 MPa、916.31 MPa、9.5%和123.04HV,而铸造试样的抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度分别为917.67 MPa、786.23 MPa、8.0%和77.876HV。与铸造成形相比,SLM成形的TC4试样的抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度增大,分别提升了22.14%、16.54%、18.75%和58%,因此激光选区熔化成形的TC4试样具有较好的力学性能。     

激光选区熔化成形TC4合金腐蚀行为

采用激光选区熔化成形技术(Selective Laser Melting,SLM)制备TC4钛合金试样,观察其显微组织,并用电化学腐蚀实验测试不同成形面以及粗糙度对TC4钛合金耐蚀性能的影响,并与传统轧制态进行对比。结果表明:成形方式、成形面和粗糙度均影响TC4钛合金的耐蚀性能。激光选区熔化成形技术制备的TC4钛合金纵截面由原始柱状β晶粒和与生长方向成±45°针状α′马氏体组成,横截面上的晶粒呈棋盘状。传统轧制态由片状α+β相以及等轴α相组成。传统轧制态的耐腐蚀性要强于SLM成形的试样,且SLM成形的纵截面的耐腐蚀性要强于横截面。表面粗糙度小的试样耐腐蚀性要强于表面粗糙度大的试样。激光选区熔化成形态试样腐蚀表面都出现明显的腐蚀坑,腐蚀形态均为点蚀。     

选择性激光熔化(SLM)成形纯钨的微观组织与力学性能研究

目的 研究选择性激光熔化(SLM)技术制备的成形钨的微观组织和力学性能。方法 采用纯钨粉末作为原材料,利用SLM技术制备了高密度的纯钨试样,系统研究其孔隙与裂纹的形成机理。同时,利用光学显微镜、显微维氏硬度计和压缩实验等分析手段,分别沿水平面(x-y)和垂直平面(z-x)对其微观组织与力学性能进行分析,探究SLM成形纯钨的各向异性。结果 成功制备了相对密度为97.79%的高致密纯钨试样,在水平面上,组织主要为呈长条形的柱状晶,在垂直平面上,组织为粗大的胞状晶,断口形貌表现为典型的宏观脆性断裂特征。在水平面上,试样具有更高的抗压强度(1 100 MPa)和显微硬度(427±5)HV。结论 孔隙的形成主要与Marangoni效应有关,而裂纹的产生主要取决于材料本身的特性和SLM工艺参数。组织的各向异性导致2个平面的力学性能有一定差异。     

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.     

选区激光熔化成型GH3536合金的显微组织与拉伸性能

采用选区激光熔化(SLM)成型技术制备了GH3536合金试样,并对其显微组织与拉伸性能进行了分析。结果表明:SLM成型GH3536合金试样的基体显微组织为奥氏体,试样内部存在明显的微裂纹,纵向和横向的显微组织形貌存在明显不同;该试样纵向的拉伸性能优于横向的,相对于热轧Hastelloy X (GH3536)合金,SLM成型GH3536合金试样的强度较好,但塑性较差。     

激光增材制造24CrNiMo合金钢显微组织特征EI北大核心CSCD

采用激光选区熔化技术和激光熔化沉积技术制备24CrNiMo合金钢单道和块体样品,研究两种激光辐照条件下24CrNiMo低合金钢的相组成、微观组织、织构特征和显微硬度。结果表明:两种方法制备的24CrNiMo合金试样的相组成均为α-Fe相以及少量的Fe 3C;SLM成形单道沉积样品的晶粒取向随机、无序,无明显的择优取向,而LMD成形单道沉积样品的择优取向为(110)〈101〉面织构;SLM成形块体样品的晶粒在平行于沉积方向上存在较弱的〈111〉织构,LMD成形块体样品的晶粒存在外延生长取向为〈111〉的强织构;SLM成形试样的显微组织主要为下贝氏体,而LMD成形试样的显微组织以板条贝氏体为主;具有细小晶粒和下贝氏体组织的SLM成形试样的平均显微硬度高于LMD试样。     

热处理对SLM 18Ni300马氏体时效钢力学性能的影响

为探究热处理对激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形18Ni300马氏体时效钢力学性能的影响,利用激光选区熔化技术制备18Ni300马氏体时效钢试样,分别对成形试样进行时效处理、固溶处理和固溶+时效处理.通过金相显微镜、扫描电镜、硬度计和拉伸试验机,分别测试分析了不同热处理SLM 1...     

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

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GH4169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。     

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%。     

激光熔化沉积铝合金显微组织及力学性能

目的 提高激光熔化沉积铝合金的成形质量。方法 以颗粒度45~105 μm的AlSi10Mg粉末为材料,4045铝合金为基板,利用激光熔化沉积设备在充氩舱内进行铝合金成形试验。测试试样的硬度和拉伸性能,并通过扫描电子显微镜和光学显微镜进行显微组织形貌分析。结果 在沉积方向上,试样显微组织呈现周期性条带状纹路,搭接区域呈现出比较明显的弧形特征;含有大量的细密树枝晶。该合金相成分主要包括:Al相、共晶Si相及少量的Mg2Si强化相。沿扫描方向,试样平均硬度值约为130HV;沿沉积方向,试样平均硬度值约为100HV;沉积态试样的屈服强度约为185.75 MPa,伸长率约为15.21%;沉积态试样拉伸性能明显优于压铸试样;该铝合金的失效形式为韧性断裂。结论 AlSi10Mg在激光熔化沉积时具有良好的成形能力,沉积态的组织强度高于铸态组织强度。     

SLM成形义齿支架在模拟口腔环境下的耐腐蚀性能

利用选区激光熔化(Selective laser melting,SLM)技术打印TC4合金成形义齿支架,研究在人工唾液(模拟口腔环境)中不同腐蚀时间下其耐腐蚀性能的变化规律,对其显微组织进行分析,结合电化学测试和腐蚀后形貌对耐腐蚀性能的趋势进行探究,并与铸造TC4合金进行对比.结果表明:随着腐蚀时间的延长,SLM样件的耐腐蚀性呈现逐渐增强的趋势,而铸造样件的耐腐蚀性先增强后降低.腐蚀后的SLM合金表面形成钝化膜,其成分以TiO2、Al2 O3为主,样件表面腐蚀形态以蚀坑为主,而铸造样件表面缺陷多于SLM样件.SLM打印TC4的物相主要为密排六方结构的α相与生长方向呈±45°的α'马氏体相,其针状α'马氏体晶粒尺寸为(2±0.5)μm,并没有明显β相出现;铸造样件的物相为α+β相.SLM成形TC4的耐腐蚀性能与显微组织中复杂的α'马氏体相转变有关.     

热处理对激光选区熔化成型316L合金综合性能的影响

为获得力学性能优良的316L合金,研究了激光选区熔化(SLM)成型316L合金试样在400℃/2 h、900℃/2 h、1050℃/2 h热处理后的微观组织与力学性能.使用拉伸试验机和冲击试验机分别对试样进行拉伸和冲击实验;用数显硬度计测试316L合金在不同热处理工艺下的硬度差别,通过光学显微镜和SEM观察试样的断裂表面组织形貌,分析断裂机理.采用电子背散射衍射仪观察热处理前后晶面的相位变化.结果表明:SLM成型试样在900℃/2 h水冷条件下,抗拉强度最高达到680 MPa;在1050℃/2 h水冷条件下,试样具有最大(18％)的延伸率;试样的硬度随着热处理温度的升高呈现出先升高后降低的趋势.未处理的SLM成型试样沿沉积方向形成柱状晶粒,但经处理的试样随着热处理温度的升高,合金元素固溶重组,晶面位向差减小,得到较均匀的各向同性配置.     

选区激光熔化用高强合金钢粉末制备及其成形性研究

目的 研究真空感应熔炼气雾化法(VIGA)制备球形24CrNiMoY高强钢粉末并验证其激光3D打印性能。方法 阐明不同雾化气压对粉末形貌、流动性等粉体特征的影响,分析选区激光熔化技术快速成形合金钢样品的微观组织和力学性能。结果 在9.0 MPa雾化气压下制备的粉末球形度最佳,粉末松装密度达到4.89 g/cm³,流动性能为21.4 s/(50 g),粉末含氧量0.023%,空心球率＜3%,粉末的微观组织主要是马氏体。经过激光工艺参数调控,SLM成形合金钢试样的激光熔池内存在两个明显不同的微区:激光熔化区(LMZ)和热影响区(HAZ)。LMZ主要是马氏体组织,HAZ主要为下贝氏体组织。合金钢试样的平均显微硬度为(402±5.7)HV0.2,其抗拉强度达到(1 246±12) MPa,断后伸长率为(11.6±0.5)%。结论 VIGA方法制备的 24CrNiMoY高强钢粉末满足SLM技术使用要求,具有良好的激光3D打印成形性。     

聚变堆包层第一壁缩比部件激光选区熔化成形研究

目的 研究激光选区熔化(SLM)成形第一壁缩比结构的组织性能。方法 以316L粉末为原材料,运用Inspire软件对不同成形姿势下第一壁缩比结构的应力与变形情况进行数值模拟,选择最佳成形姿势进行SLM成形,以控制整体变形,并对成形零件进行显微组织观察与力学性能测试。结果 实验结果表明,与立放和侧放2种成形姿势相比,平放时残余应力与变形最小,最大残余应力为29.68 MPa,最大变形量为0.29 mm。成形件微观组织呈现各向异性,x–y方向主要为粗大的胞状晶组织,z–x方向为细长的柱状晶组织。力学测试结果显示,x–y方向的抗拉强度为672.1 MPa,伸长率为48.2%,冲击韧性为100.6 J/cm²;z–x方向的抗拉强度为646.9 MPa,伸长率64.4%,冲击韧性为136.3 J/cm²。结论 组织的差异性主要是由扫描工艺与熔池内部复杂的温度场引起的,微观结构的各向异性会造成力学性能的差异,x–y方向的强度高于z–x方向的,z–x方向上的塑性韧性更高。     

热工艺对激光选区熔化Hastelloy X合金组织及拉伸性能的影响

采用激光选区熔化技术制备Hastelloy X试样,研究热等静压和固溶处理对Hastelloy X试样显微组织及拉伸性能的影响。结果表明:沉积态组织中可观察到熔池形貌、柱状晶及晶内的胞晶结构,无析出物,其拉伸性能表现出高强度低塑性特点,高温拉伸断口沿激光扫描熔化道断裂。经热等静压后,组织演变为等轴晶,晶界及晶内存在较多的析出物,裂纹愈合,试样拉伸强度降低,塑性提升,尤其是高温屈服强度降低了约48%,高温伸长率提升了约59%。经热等静压+固溶处理后,晶粒尺寸及形貌与热等静压态相比近乎无差异,但晶内析出物明显减少,该状态下的综合拉伸性能最优。     

6×××系铝合金微合金化的研究进展

6×××系(Al-Mg-Si)铝合金作为综合性能良好的中强铝合金,在航天工业和民用等领域具有广阔的应用前景,微合金化是提高铝合金性能的有效途径,也是研制新型铝合金的重要手段,是国内外铝合金研究的热点之一。综述了6×××系铝合金中元素Mg、Si、Cu、Mn、Sr、Zr、Sc等的作用,探讨了该系铝合金目前存在的问题和发展方向,指出了寻求廉价且有效的微合金化元素、进一步探明微合金化作用机理和复合微合金化是今后研究的主要方向。