激光选区熔化成形Inconel718合金的显微组织以及电化学和摩擦学性能

以气雾化法制备的Inconel718合金粉末为原料，采用激光选区熔化(SLM)技术制备了Inconel718合金，研究了合金的显微组织及性能，并与锻造态合金进行对比。结果表明：SLM成形合金垂直于成形方向的组织呈现明显的带状熔化道，平行于成形方向的组织呈现鱼鳞状熔池的界面结构，晶粒为穿过熔池边界的柱状晶；SLM成形合金平行于成形方向的显微硬度(346 HV)略大于垂直于成形方向(324 HV);与锻造态合金相比，SLM成形合金在质量分数3.5%NaCl溶液中的阻抗曲线半径更大，自腐蚀电位与钝化电位更高，自腐蚀电流密度低2个数量级，耐腐蚀性能更优；当载荷为3～10 N时，成形合金的摩擦因数在0.5～0.8,磨损率在5.4×10^-5～14.3×10^-5 mm^-3·N^-1·m^-1,均低于锻造态合金。     

工艺参数对激光选区熔化成形TA32钛合金成形质量及硬度的影响

采用激光选区熔化（SLM）技术制备TA32钛合金试样,研究了激光功率（200～400 W）、扫描速度(800～1 200 mm·s^-1)和扫描间距（90～130μm）对成形质量及硬度的影响。结果表明：随着扫描速度增加,SLM成形TA32钛合金的表面粗糙度先减小后增大,相对密度和维氏硬度均逐渐降低;随着扫描间距增大,钛合金的表面粗糙度先减小后增大,相对密度和维氏硬度均先降低后升高;随着激光功率增加,钛合金的表面粗糙度先减小后增大,相对密度和维氏硬度均先升高后降低;适用于TA32钛合金SLM成形的激光能量密度范围为45～75 J·mm^-3。     

SUS304不锈钢超薄片脉冲激光焊接工艺及接头的显微组织和力学性能

在不同激光功率(140～420 W)和焊接速度(10～30 mm·s~(-1))(即不同热输入)下对SUS304不锈钢超薄片(厚度0.2mm)进行脉冲激光搭接焊,研究了热输入对焊缝成形的影响,并分析了最优成形接头的显微组织和力学性能。结果表明:当热输入在9～20J·mm~(-1)时可获得成形良好的焊缝,其中在激光功率320 W、焊接速度20mm·s~(-1)(热输入16J·mm~(-1))条件下的成形性能最优;最优成形接头焊缝中心为等轴晶组织,熔合线处为细小柱状晶组织,近熔合线的焊缝中形成了胞状树枝晶;最优成形接头熔合线处的硬度最高,其次为焊缝区;不同激光功率和焊接速度所得接头均在热影响区发生断裂,最优成形接头的抗拉强度最高,达到790.1MPa,接近于母材的,其拉伸断裂方式为韧性断裂。     

选区激光熔化成形W-Ni-Cu的成形工艺及热物理性能

为了研究W-Ni-Cu合金选区激光熔化技术(SLM)直接成形工艺及其热物理性能,设计了以激光功率、扫描速度、扫描线长度、搭接率为变量的工艺实验,研究各参数对致密度的影响,采用SEM、热分析仪、差式扫描量热仪、热-机械分析仪研究合金的微观组织、导热率与热膨胀系数。结果表明:选择合理的优化工艺参数,W-Ni-Cu(SLM)成形致密度最高达到94.5%;微观组织为难熔相W发生了桥接与团聚,基体相CuNi呈网络状包裹于W相周围;测试试样所加载热流平行于烧结成形方向时,导热系数与热膨胀系数分别是120.314 0W/(m·K)及7.16×10~(-6)/K,加载热流方向垂直于烧结成形方向时,导热系数与热膨胀系数分别是99.257 2W/(m·K)及7.02×10~(-6)/K。不同方向成形测试件导热系数和热膨胀系数的差异是由难熔相W在CuNi相中的分布以及孔隙数量决定的。采用选区激光熔化成形技术可以成形性能较好的W-Ni-Cu合金。     

工艺参数对选区激光熔化成形可降解纯锌相对密度及力学性能的影响

采用选区激光熔化(SLM)技术制备纯锌,研究了激光功率和扫描速度对其相对密度和力学性能的影响。结果表明:随激光功率增大或扫描速度减小,SLM成形纯锌的相对密度和硬度增大,显微组织均为平行于成形方向生长的柱状晶;SLM成形纯锌的最佳工艺参数为激光功率100 W、扫描速度300mm·s-1,所得试样的相对密度达99.86%,硬度为(44.7±1.2)HV,弹性模量、断后伸长率、抗拉强度、屈服强度分别为(48.6±2.4)GPa、(8.9±0.7)%、(95.5±3.3)MPa、(67.1±0.4)MPa。     

δ相对激光选区熔化成形GH4169合金持久性能的影响

采用激光选区熔化(SLM)技术制备GH4169合金,通过热等静压+时效与热等静压+固溶+时效2种热处理制度控制δ相的析出,研究δ相对合金持久性能的影响。结果表明:2种工艺热处理后,SLM成形GH4169合金组织均为等轴晶,且存在退火孪晶;经热等静压+固溶+时效处理后,合金晶界处析出大量长棒状与连续颗粒状δ相;经热等静压+固溶+时效处理后合金在650℃/690MPa下的持久寿命是热等静压+时效处理后的一半左右,δ相的析出是导致合金持久寿命较低的主要原因;2种工艺处理的SLM成形合金的持久寿命均显著超过锻件的标准要求,且持久断裂方式均为沿晶断裂。     

低成本Fe60(CoCrNiMn)40富铁中熵合金的显微组织与性能

通过增加CoCrFeMnNi合金中的铁含量,制备了低成本富铁中熵合金Fe₆₀(CoCrNiMn)₄₀(原子分数/%),对其进行了1 200℃×3 h均匀化处理、轧制和900℃×1 h退火处理,研究了该合金的显微组织、拉伸性能及耐腐蚀性能等。结果表明：试验合金由面心立方结构的单一奥氏体相组成,再结晶晶粒大小均匀,平均晶粒尺寸约为17.8μm,再结晶晶粒内出现退火孪晶;试验合金在室温下表现出优异的拉伸性能和应变硬化能力以及在NaCl溶液中显著的自钝化行为和优异的耐腐蚀性能,其抗拉强度为603 MPa,屈服强度为226 MPa,断后伸长率为81.6%,在NaCl溶液中的自腐蚀电位为-0.461 6 V,自腐蚀电流密度为2.74×10^-6 A·cm^-2,电荷转移电阻为2.94×10⁵Ω·cm²;与其他富铁多组分合金相比,试验合金的抗拉强度和断后伸长率更大,塑性应变高出10%以上,自腐蚀电流密度更低。试验合金的拉伸断口由均匀分布的韧窝组成,拉伸断裂方式为韧性断裂;在...     

激光选区熔化成形铝合金的组织、性能与倾斜面成形质量

采用优化工艺参数对AlSi10Mg铝合金进行激光选区熔化(SLM)成形,对平行于和垂直于SLM成形方向的显微组织、拉伸性能、冲击性能以及相对密度进行了对比研究;分析了SLM直接成形不同倾斜角度倾斜面的成形质量。结果表明:平行于SLM成形方向的显微组织与垂直于SLM成形方向的在生长方向上存在差异性;沿垂直于SLM成形方向截取试样的平均抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、冲击功分别为364 MPa,303 MPa,6.7%,5.1J,高于平行于SLM成形方向的;当倾斜角度不大于45°时,倾斜面成形质量较好,当倾斜角度大于50°时,倾斜面下表面出现坍塌现象。     

热输入对铝合金/不锈钢双丝冷金属过渡熔钎焊接头组织及性能的影响

采用双丝冷金属过渡(CMT)熔钎焊工艺对5083铝合金和304不锈钢进行对接焊试验,在保证焊缝成形良好的条件下,研究了焊接热输入对接头金属间化合物(IMC)层厚度和拉伸性能的影响,并与单丝CMT熔钎焊接头进行对比。结果表明：双丝和单丝CMT熔钎焊接头焊缝获得良好成形质量的热输入范围分别为213.8～486.0,379.6～590.6 J·mm^-1;双丝CMT和单丝CMT熔钎焊接头界面处的IMC均为FeAl₃相;随着热输入的增加,单丝或双丝CMT熔钎焊接头IMC层厚度增加,抗拉强度降低;单丝CMT熔钎焊接头IMC层的最小厚度为9.59μm,此时接头的抗拉强度最大,为76 MPa,而双丝CMT熔钎焊接头IMC层的最小厚度为3.36μm,此时接头的抗拉强度最大,为109 MPa。     

体能量密度对选区激光熔化成形Hastelloy X合金组织及性能的影响

采用选区激光熔化(SLM)技术制备了Hastelloy X合金,研究了体能量密度(18.3,29.8,30.3,44.9,46.3,50.9,58.8,61.7,88.4J·mm~(-3))对合金微观形貌、显微组织、密度和硬度的影响。结果表明:SLM成形Hastelloy X合金纵截面形貌呈鱼鳞状,在熔池区域存在等轴晶、树枝晶及跨越多个沉积层的柱状晶,晶粒宽度为0.61.2μm;体能量密度在18.346.3J·mm~(-3)时,合金内部存在孔隙缺陷,随着体能量密度的继续增加,孔隙逐渐减少并消失,同时微裂纹开始形成并逐渐增多;合金的密度和硬度随体能量密度增加先增加后趋于稳定;当体能量密度为50.9J·mm~(-3)时,合金中的孔隙和微裂纹最少,成形效果最好。     

热等静压工艺对选区激光熔化成形Hastelloy X合金持久性能的影响

在4组工艺参数(1 100℃/100MPa/1h,1 175℃/160MPa/1h,1 175℃/160MPa/2h,1 175℃/100MPa/2h)下对选区激光熔化(SLM)成形Hastelloy X合金试样进行热等静压(HIP)处理,并在815℃、105MPa条件下进行了持久试验,研究了HIP工艺对试样显微组织和持久性能的影响。结果表明:HIP处理前试样的显微组织由细小柱状晶和树枝晶组成,经HIP处理后,晶粒长大,晶界上析出碳化物;在1 175℃下HIP处理后,试样的断后伸长率和断面收缩率均显著高于HIP处理前和在1 100℃下HIP处理后的,且显微组织和持久性能的各向异性减小;较长的HIP时间或较低的HIP压力会缩短试样的断裂时间,降低其断后伸长率和断面收缩率;当HIP工艺参数为1 175℃/160MPa/1h时,试样的持久性能相对较好,裂纹的消除效果也较好。     

激光体能量密度对激光选区熔化成形TC4钛合金致密化行为的影响

采用激光选区熔化(SLM)技术制备TC4钛合金,研究了激光体能量密度对合金表面质量和致密化行为的影响。结果表明:随着激光体能量密度由33 J·mm-3增加到80 J·mm-3,合金表面粗糙度减小,表面质量提高,表面球化现象明显改善;随着激光体能量密度的增大,合金内部孔洞减少,相对密度由90.5%增大到99.3%,但过高的激光体能量密度下熔体的过度流动影响成形件的尺寸精度及性能;制备该合金的最佳参数为激光体能量密度66 J·mm-3,即激光功率250 W,扫描速度500 mm·s-1,此时合金的表面质量和致密性均较好。     

激光能量密度对SLM成形316L不锈钢表面完整性的影响

采用激光选区熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术成形制备316L不锈钢试样,探索了不同激光能量密度对金属增材制造成形质量的影响规律。选取激光功率、扫描间距、扫描速度和铺粉厚度等工艺参数,设计了正交试验,分析了激光能量密度对试件侧表面的表面粗糙度、维氏硬度、致密度、残余应力及表面形貌的影响规律。结果表明,随着激光能量密度的增大,试件侧表面的表面粗糙度与维氏硬度呈现先减小后增大的趋势,致密度和残余应力呈现先增大后减小的趋势,在激光能量密度为70.37 J/mm³时试件表面质量最佳,即最优工艺参数为激光功率P=190 W,扫描速度v=750 mm/s,铺粉厚度h=0.03 mm,扫描间距d=0.12 mm。     

后处理工艺对激光选区熔化成形Hastelloy-X合金显微组织和低周疲劳性能的影响

采用激光选区熔化(SLM)技术制备Hastelloy-X合金,研究了不同的后处理工艺(1 175℃×2 h固溶处理、1 175℃/150 MPa×1 h或1 175℃/150 MPa×2 h热等静压处理)对合金显微组织和低周疲劳性能的影响。结果表明：SLM成形合金具备典型的熔池边界形貌和由细小树枝晶构成的柱状晶组织,同时存在微裂纹、气孔、孔洞等冶金缺陷;固溶处理消除了合金熔池边界,且晶粒由柱状晶向等轴晶转变,热等静压处理则能进一步闭合合金中的裂纹和气孔,同时沿晶界析出不连续的细小M₆C型碳化物;相比于固溶态合金,热等静压态合金具有更好的低周疲劳性能,其中2 h热等静压时间下得到的合金低周疲劳寿命略高;固溶处理态合金的疲劳裂纹以穿晶形式扩展,而热等静压态合金以穿晶+沿晶混合模式扩展。     

选区激光熔化成形工艺对多孔TC4钛合金显微组织的影响

采用Rhino软件构建了泰森多边形不规则多孔结构,利用选区激光熔化(SLM)技术成形多孔TC4钛合金,研究了激光功率(180, 200, 220 W)、扫描速度(1 200, 1 600, 2 000 mm·s^-1)、扫描间距(80, 100, 120μm)对其显微组织的影响。结果表明：随着激光功率的增大、扫描速度的减小或扫描间距的增大,SLM成形多孔TC4钛合金实体部分的微观孔洞缺陷数量和尺寸减小,相对密度提高,扫描速度是影响缺陷生成的主要原因;在激光功率220 W、扫描速度1 200 mm·s^-1、扫描间距120μm条件下钛合金具有最少的微观孔洞缺陷,其相对密度可达99.2%。靠近多孔结构孔隙部分的截面存在等轴晶和平行于基板表面的柱状晶,而远离孔隙部分的组织主要由β柱状晶组成,柱状晶内部为与其长轴成±45°且平行排列的初生针状马氏体;随着激光功率的减小、扫描速度的增大或扫描间距的减小,柱状晶的宽度和初生马氏体的长度均减小,扫描间距对显微组织的影响更大。     

回火温度对Ti28Co14Ni37.12Zr20.88高熵合金显微组织和力学性能的影响

对铸态Ti₂₈Co₁₄Ni_37.12Zr_20.88高熵合金在不同温度(673,723 K)下进行回火热处理,研究了回火温度对高熵合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：铸态、673 K回火态、723 K回火态合金的显微组织均由体心立方结构TiNi基体相和少量面心立方结构Ti₂Ni第二相组成;随着回火温度升高,TiNi相晶粒和Ti₂Ni相颗粒得到细化;铸态合金经过回火热处理后,其弹性极限和屈服强度增大;673 K回火态合金的抗压强度低于铸态合金,但回火温度升高至723 K后,抗压强度提升,高于铸态合金;铸态高熵合金的断裂机制以解理断裂为主,沿晶断裂和韧性断裂为辅;673 K和723 K回火态高熵合金的断裂机制以解理断裂为主,沿晶断裂为辅。     

能量密度对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金缺陷及力学性能的影响

分析了能量密度对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金致密度的影响规律，并采用微纳CT检测结合EDS能谱分析的方法，统计了试样内部缺陷的类型和尺寸，分析了缺陷在试样三维层面上的分布规律及产生原因，得出了影响激光选区熔化成形AlSi10Mg合金致密度和内部缺陷的主要因素。结果表明，合适的激光能量输入是获得高致密度的关键，当激光能量密度处于47.62~50.00 J/mm³区间时，试样致密度最高，此时试样中夹杂缺陷消失，孔洞缺陷最大尺寸降至0.056 mm。孔洞缺陷产生原因主要与未熔粉体、空心粉及氧化物有关。在优选激光能量密度区间内成形的AlSi10Mg合金试样，其平均抗拉强度和伸长率分别在294 MPa和8.0%以上，优于铸造AlSi10Mg合金。     

液压支架用中厚Q960钢板机器人焊接工艺的确定

对液压支架用中厚Q960钢板进行焊接热模拟试验,分析了不同冷却速率(0.5～100℃·s^-1)下热影响区粗晶区的显微组织和硬度;通过铁研试验和焊接接头力学性能试验,对机器人焊接工艺进行了确定。结果表明：在焊前预热100℃条件下,当冷却速率低于80℃·s^-1,即焊接热输入大于6.5 kJ·cm^-1时,模拟得到热影响区粗晶区硬度可稳定在420 HV以下;在焊前100℃预热,焊接热输入为13.95 kJ·cm^-1条件下,机器人焊接Q960钢板接头具有良好的抗冷裂纹敏感性;匹配ER96-G焊丝,13.02～15.18 kJ·cm^-1焊接热输入下机器人焊接中厚Q960钢板接头的性能均能满足标准要求。适宜的机器人焊接参数为焊前预热100℃、焊接电流460 A、电压33 V、焊接速度60 cm·min^-1、送丝速度8.5 m·min^-1,此时焊接熔敷率可达到8 kg·h^-1。     

热处理温度对SLM成形316L不锈钢组织性能影响研究

使用选区激光熔化(SLM)技术制备316L不锈钢试样以及残余应力样件,采用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM,配备电子背散射衍射探头EBSD）、显微硬度计等研究不同热处理工艺对SLM成形316L的显微组织、显微硬度、力学性能以及残余应力的影响,得到最优热处理工艺。结果表明SLM制备制件组织致密,在最优热处理1 000℃、保温2 h制度下,试样的性能稳定,显微硬度及拉伸性能各向异性差异小,残余应力小。此研究为SLM成形316L不锈钢的力学性能优化及显微组织调控提供了强有力的基础。     

淬火冷却速率对Zr-4合金显微组织和耐腐蚀性能的影响

将Zr-4合金加热至1 000℃保温5 min后分别以200,20,2,0.2,0.02℃·s^-1的速率冷却到室温,研究淬火冷却速率对合金显微组织以及在360℃/18.6 MPa水中腐蚀行为的影响。结果表明：随着冷却速率由200℃·s^-1降至0.02℃·s^-1,合金中α相板条的平均宽度由1.4μm增加到28.0μm,第二相颗粒平均粒径由38 nm增大到580 nm;当冷却速率为200,20,2℃·s^-1时,第二相颗粒主要分布在α相板条晶界处,而当冷却速率为0.2,0.02℃·s^-1时,在α相板条晶界和晶内均有分布;当冷却速率由200℃·s^-1降到0.2℃·s^-1时,第二相颗粒尺寸的增大有助于释放氧化膜中的压应力,提高合金的耐腐蚀性能;当冷却速率为0.02℃·s^-1时,第二相颗粒周围萌生大量微裂纹,耐腐蚀性能降低。0.2℃·s^-1冷却速率下的耐腐蚀性能最好,氧化膜断口中的ZrO₂