镁合金电弧熔丝增材成形质量控制研究

针对镁合金CMT电弧增材制造表面成形质量控制难题,开展了AZ31镁合金电弧熔丝增材制造的沉积行为、成形特性研究,以及单道多层增材构件表面质量控制试验。结果表明:镁合金电弧增材制造的工艺参数优选范围较大,电流为120～160 A、沉积速度为10～12 mm/s时,沉积层宽度均匀一致,宽高比和接触角也较大;采用CMT工艺制备的镁合金单道多层增材试样力学性能无明显各向异性,抗拉强度为243 MPa,屈服强度为109 MPa,断后伸长率在23%左右,显微硬度平均值为57 HV。     

熔化极电弧增材制造18Ni马氏体钢组织和性能

采用熔化极电弧增材工艺制备了成形良好的18Ni马氏体钢单墙体,研究了增材构件热处理前、后的组织力学性能. 结果表明,增材构件的微观组织主要是柱状树枝晶,沉积态增材构件组织和力学性能存在局部差异:构件组织顶部为马氏体,硬度平均值为360 HV;中部和底部区域则为马氏体和奥氏体且中部硬度平均值为468 HV,略高于底部硬度平均值437 HV;构件纵向抗拉强度(1375 MPa)高出横向抗拉强度(1072 MPa)约28.3%,对应的断后伸长率分别为1.1%和0.8%. 对增材构件进行825 ℃保温1 h的固溶热处理后,析出相重新溶入奥氏体,构件组织转变为马氏体,硬度值下降(平均值为328 HV),变化波动小;纵向和横向抗拉强度相当,分别为1025 MPa和1034 MPa,断后伸长率分别为6%和14%.     

直接激光沉积Fe-Cr-Ni梯度合金钢的组织与性能

采用直接激光沉积技术制备了具有外强内韧组织性能的12CrNi2Y-50Cr6Ni2Y-70Cr8Ni2Y梯度合金钢试样,利用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、硬度计、摩擦试验机等分析手段,对直接激光沉积的梯度合金钢试样的组织结构、界面结合性、硬度梯度分布及耐磨性等进行了研究。结果表明,在优化的激光沉积参数下,成功制备出了无裂纹夹杂缺陷、梯度过渡界面处呈现冶金结合的12CrNi2Y-50Cr6Ni2Y-70Cr8Ni2Y梯度合金钢试样。梯度合金钢的组织呈现出由粒状贝氏体+板条贝氏体+少量马氏体→板条贝氏体+板条马氏体→板条马氏体+片状马氏体的变化趋势,对应硬度呈356 HV0.2→551 HV0.2→712 HV0.2梯度分布,体积磨损率呈现2.01×10^-4 mm³·N^-1·m^-1→1.33×10^-4 mm³·N^-1·m^-1→0.71×10^-4 mm³·N^-1<...     

碳钢双丝与单丝等离子弧增材制造成形及组织特征分析

针对传统丝材等离子弧增材制造碳钢效率低、质量高的特点,提出了一种"双填丝+压缩等离子弧"增材制造工艺,并采用该工艺增材制造了试样,对比分析了双填丝与单填丝增材制造试样的成形尺寸、显微组织特征和力学性能.结果表明,相对于单填丝等离子弧增材制造工艺,采用新型双填丝等离子弧增材制造工艺,在相同的工艺条件下,熔敷效率提高了0.97倍;平均晶粒尺寸由18.75 μm细化到13.47 μm;试样纵向拉伸抗拉强度提高了62.64 MPa,横向拉伸抗拉强度提高了67.52 MPa;试样有效层的平均显微维氏硬度由158.95 HV0.5增加到175.34 HV0.5.     

基于熔池原位冶金的电弧增材制造Al-Cu-Li合金显微组织与硬度

随着航空航天领域对大型轻量化构件的需求日益增加,研发新型Al-Li合金制备技术能够提升制造效率,减轻构件重量。本工作采用一种Al-Cu合金丝材与Al-Li二元合金粉末同步输送的电弧增材制造方法,成功制备了Al-Cu-Li合金试样。利用OM、SEM、XRD、TEM和Vickers硬度仪对试样的晶粒形貌、物相组成进行表征并测量硬度。结果表明,电弧增材制造Al-Cu-Li合金沉积态试样由10～20μm的细小等轴晶组成,且晶界处存在半连续网状共晶θ (Al₂Cu)相。增材制造热循环作用还会导致晶界附近析出T_B (Al₇Cu₄Li)相与T₁(Al₂Cu Li)相。T₁相主要分布于试样的中部及底部,且随着增材制造热循环次数的增加T₁相含量呈上升趋势,试样底部的T₁相含量最高。电弧增材制造Al-Cu-Li合金沉积态试样的最大硬度为126.7 HV_0.1,略高于其他电弧增材制造2219...     

2Cr13不锈钢电弧增材制造成形件的组织和力学性能

选用准0.8 mm的2Cr13不锈钢焊丝为成形材料,在低碳钢基板上进行TIG电弧填丝增材制造成形,分析了不锈钢成形件的显微组织和力学性能。结果表明:电弧增材制造成形件满足2Cr13不锈钢的化学成分要求,组织主要为细小的针状马氏体,硬度分布均匀,综合力学性能良好,抗拉强度为651 MPa,伸长率为30%,冲击功为85.18 J。     

TC4钛合金电弧增材制造叠层组织特征

采用CMT电弧增材制造技术制造了TC4钛合金薄壁墙构件，并对其组织特征进行了研究. 结果表明，在电弧增材制造过程中，受其热输入、多次热循环及冷却速度的影响，在其构件中产生了从高温保留下来的贯穿数个堆积层的原始β柱状晶晶界、水平层带条纹、马氏体组织和网篮组织等. 显微硬度显示，中下部区域硬度相对较高，平均硬度为336HV 0.1，上部显微硬度有明显降低，平均硬度为323.3HV 0.1.     

45钢激光氮合金化涂层的组织性能及工艺优化

利用激光合金化技术在45钢表面制备了氮合金化层,并采用正交试验法优化了合金化工艺参数,采用OM、XRD、显微硬度计和摩擦磨损试验机等手段研究了优化工艺处理后的合金化层的组织及性能。结果表明,随激光功率和扫描速度增大,合金化层硬度呈先增后降的趋势,在1.0 kW和500 mm·min^-1时硬度分别达到最大值782 HV0.3和725 HV0.3,随着搭接率的增加,合金化层硬度逐渐下降,其最优工艺为:激光功率1.0 kW、扫描速度500 mm/min和搭接率30%;经最优工艺处理后的合金化区组织由γ-(Fe,N)、γ-(Fe,C)、针状马氏体、γ′(Fe₄N)、ε(Fe₂N)以及Fe₃C等固溶体和化合物组成,以柱状晶和胞状晶为主,厚度约为120 μm,平均硬度约为816 HV0.3,热影响区组织由少量针状马氏体以及残留奥氏体等组成,厚度约为200 μm,硬度由768 HV0.3到242 HV0.3呈梯度分布;合金化层的摩擦因数约为0.4827,磨损率为8.218×10^-15 m³·N^-1·m^-1。     

CMT电弧特性对5A56铝合金增材制造构件组织与性能的影响

为了研究CMT电弧特性对铝合金增材制造构件组织与性能的影响,采用CMT、CMT-VP及CMT-P三种电弧形式分别对5A56铝合金进行电弧增材制造.通过高速摄像同步采集系统分析增材制造中的电弧形态及熔滴过渡过程进行跟踪,研究电弧特性对铝合金增材制造构件微观组织与力学性能的影响.试验结果表明:电弧特性对电弧行为和熔滴过渡都产生影响,CMT-VP电弧的EN阶段电弧形态发生变化,弧根上爬包裹熔滴,极区热量使焊丝熔化量增加;CMT-P中脉冲阶段电弧电压和电流都处于峰值且电流峰值较高,导致电弧力较大,熔滴过渡呈滴状,熔池振荡;在焊接电流与熔敷速度相同情况下电弧的线能量大小为CMT-P>CMT>CMT-VP,较低的热输入量使得CMT-VP电弧下薄壁试样的晶粒尺寸最小,组织分布较为均匀,且CMT-VP电弧下试样的力学性能更为优异,硬度均值最高,达到86.01 HV,横向与纵向抗拉强度均最大,分别为344.68?MPa和324.61?MPa,其延伸率分别为30.33％和21.04％.而CMT-P电弧的热输入最大,易形成粗晶组织,力学性能较差.     

脉冲激光熔覆成形变半径FeCrNiCu合金圆筒工艺及力学性能

针对激光立体成形变半径圆筒件边部及外沿塌陷、热累积效应引起力学性能下降等增材制造难点,提出了脉冲激光成形FeCrNiCu合金圆筒件优化路径及工艺,实现了变半径圆筒结构的直接熔覆成形,验证了该结构件良好的组织构成以及力学性能。结果表明:覆层顶部为细小致密的等轴晶组织,中部由具有定向生长趋势的树枝晶构成,底部由胞状晶构成,晶内及晶间有颗粒状Cr₇C₃型强化析出相析出。覆层显微硬度(HV)最高值为6750MPa,覆层显微硬度(HV)主要分布在5540~5760 MPa;成形层(纵向)的抗拉强度最大为1070 MPa,抗拉强度范围1010~1070 MPa;成形层(横向)的抗拉强度最大为960 MPa,抗拉强度范围780~960 MPa。覆层冲击韧性分布在511.08~727.54 kJ·m^-2,相关力学试验验证了该结构件具有优良的力学性能。     

激光混合织构对45钢摩擦学性能的影响

首先采用纳秒激光精细微加工设备在45钢表面分别加工了直径100μm及深度8～10μm的凹坑织构(D100),直径200μm及深度6～8μm的凹坑织构(D200)以及兼具两类织构的混合织构(Mixture),织构面密度均为15%,然后在干摩擦及乏油润滑条件下对不同织构的试样进行摩擦试验，研究了不同激光织构对试样摩擦学性能的影响，并分析了磨损机理。结果表明：相比无织构试样，混合织构试样在干摩擦条件下的摩擦系数降低了约27.9%,在乏油润滑条件下降低了约9.9%。干摩擦条件下，D200织构试样的磨损率最低，为2.57×10^-6 mm³·N^-1·m^-1,乏油润滑条件下D100织构试样的磨损率最低，为1.04×10^-6 mm³·N^-1·m^-1,表明激光织构能够改善45钢的摩擦学性能。激光织构的减摩机理为：干摩擦条件下捕获磨屑，从而减少磨粒磨损；乏油润滑条件下，织构化处理能够储存润滑油并增加试样的亲油性，促进润滑油在试样表面...     

选区激光熔化316L不锈钢的各向组织与性能

对采用选区激光熔化(SLM)制备的316L不锈钢增材制造试样进行了横向、纵向力学性能与微观组织分析。结果表明,增材制造SLM试件亚结构组织由尺寸为0.4 μm左右的胞状组织所构成,组织之间无明显的成分偏析,纵向与横向拉伸强度分别达到808和713 MPa,在经过1050 ℃热处理后,原组织中部分胞状组织消失,纵向及横向强度分别下降到673 MPa及579 MPa,增材制造试样相对传统热轧试样(550 MPa)具有明显的强度优势。SLM试样组织中存在未熔合缺陷,缺陷几何形状的方向性对其在拉应力作用下连接成裂纹有显著影响。热处理后缺陷长度方向与拉伸应力平行的纵向试样伸长率达到47.5%,横向试样伸长率为20%,伸长率指标均显著低于热轧316L钢试样,未熔合缺陷是导致3D打印试件塑性指标降低的主要因素之一。     

激光增材制造H13钢及回火处理的组织和性能

利用激光增材制造技术成功制备了H13钢,并研究了回火处理对其显微组织和性能的影响。通过光学显微镜、SEM以及XRD衍射仪对各试样进行分析。结果表明,激光增材制造H13钢显微组织主要为马氏体、残余奥氏体以及细小碳化物,回火处理使得马氏体向回火马氏体转变,同时有细小合金碳化物析出。当回火温度超过550℃时,碳化物开始粗化。随回火温度升高,显微硬度呈先升后降的趋势。550℃回火后,试样硬度达到峰值600 HV_(0.3)。摩擦磨损测试结果表明,不同处理状态下各试样主要以粘着磨损为主,同时包含轻微氧化磨损。与沉积态试样相比,550℃回火后,试样耐磨性提高了2倍;650℃回火2 h后,由于基体软化,试样的耐磨性能最差。拉伸测试表明,当回火温度低于550℃时,断口主要以解理断裂为主,550℃回火时抗拉强度最大,为1 928.2 MPa,延伸率为6.4%;当回火温度升高到600~650℃时,断口呈现出韧性断裂,抗拉强度降低,延伸率增大。     

激光增材制造Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr合金的显微组织演化及力学性能（英文）

研究激光增材制造Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr合金的显微组织演化、维氏硬度及室温拉伸性能。结果表明:激光增材制造过程的热历史显著影响显微组织演化。在试样的不同沉积高度位置可以观察到不同形貌的初生α相、细小次生α相及马氏体相。退火处理可以促使短棒状α相或细小次生α相析出,从而降低或增加维氏硬度。L方向和T方向拉伸试样相组成相同但形貌不同。沉积态试样室温拉伸时表现出明显的各向异性。L方向拉伸试样的强度低但塑性好,T方向拉伸试样相反。经退火处理之后,L方向拉伸试样的强度增加但塑性显著降低;T方向拉伸试样的强度无明显变化而塑性降低50%。     

铸态TC4钛合金电子束焊接头组织与性能研究

文中分别采用6种不同电子束焊工艺对厚4 mm和厚6 mm TC4钛合金板进行对接焊，分析了电子束焊接头各区域的显微组织、显微硬度、室温拉伸及冲击韧性等力学性能。结果表明：TC4焊缝区主要为粗大的柱状晶组织，晶粒内部存在交错分布的针状α′马氏体和β相；4 mm和6 mm板的硬度最大值出现在焊缝区，焊缝区冲击韧性较差，4 mm板中1^#试样的冲击韧度最大，约为29.33 J/cm²;6 mm板中2^#试样的冲击韧度最大，约为20.08 J/cm²。     

铝合金点阵结构电弧增材制造技术及应用

电弧增材制造技术是制备点阵结构的有效方法。研究了点阵结构电弧增材制造装备、铝基药芯焊丝设计与制备技术、激光约束电弧工艺和点阵杆件直径、角度控制方法，制备了典型点阵结构示范件。点阵结构电弧增材制造装备由增材制造单元、激光单元与监测单元组成。设计自生Al2O3相铝合金药芯丝材Al-Cu-NiO合金体系，制备出直径1.2 mm的药芯丝材，堆积杆件具有较低的热导率。激光激发大量中性粒子电离，使电弧中的带电粒子大幅度增加，对电弧存在约束和稳定作用，提高成形精度。控制电弧增材制造熔滴体积与个数，可制备直径为2.5～7.0 mm的点阵单元杆件。控制电弧增材制造电弧枪纵向与横向运动量，可制备角度为15°～90°的点阵单元杆件。利用点阵结构电弧增材制造技术实现了平面点阵结构、圆柱面点阵结构和曲母线面点阵结构的高精度成形，点阵结构的平均压缩强度为58.53 MPa，具有较高的承载性能。在点阵测试件的上表面施加均匀热源，热源温度为500℃，时间600 s，测试件下表面温度约93℃，具有较高的隔热性能。     

气缸套表面耐磨热障涂层制备与性能研究

柴油机气缸套表面热障涂层是协同提升其阻热、耐磨、减摩性能的有效方法。利用超音速高能等离子弧喷涂设备,在38CrMoAlA基体表面制备了厚度为1.5 mm的NiCoCrAlY-YSZ双层结构的热障涂层,并对其微观结构、力学性能与高温摩擦学行为进行了研究。结果发现,涂层孔隙率约为(9.62±2.23)%,与基体结合强度为(30.33±1.89) MPa;当环境温度为200℃时,38CrMoAlA基体的磨损率约为1.96×10^-4 mm³/(N·m),高于250℃油润滑条件下YSZ涂层的1.14×10^-4 mm³/(N·m);涂层在油润滑时的摩擦磨损性能较为优异,无润滑时的摩擦因数与磨损率分别由0.05和0.54×10^-4 mm³/(N·m)增加至0.70和2.97×10^-4 mm³/(N·m),其磨损形式以磨粒磨损为主。该研究为低散热柴油机关键部件的设计与防护提供了理论与技术支撑。     

FeCrMnAlCux高熵合金的组织与性能

采用真空电弧熔炼炉制备FeCrMnAlCu_x(x=0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0)高熵合金,采用XRD、SEM、TEM、显微硬度仪、电子万能试验机和摩擦磨损实验机检测分析了Cu含量的变化对合金相结构、显微组织、压缩性能、硬度、耐磨性的影响。结果表明：FeCrMnAlCu_x高熵合金为典型的树枝晶组织,由BCC结构的枝晶组织、FCC结构的枝晶间组织及枝晶内析出的具有BCC结构的纳米级析出物构成。随着Cu含量的增加,合金微观组织中的枝晶组织含量减小,枝晶间组织含量增大;BCC结构的枝晶组织中弥散析出的第二相颗粒对合金的强度和硬度有着重要的影响,抗压强度和屈服强度在x=1.0时达到最大(分别为1230.2 MPa和960.5 MPa),合金的压缩变形率在x=2.0时达到最大值20.68%;随着Cu含量的增加,合金的硬度先增加后减少,合金硬度在x=0.5时达到最大值421.4HV,此时合金的摩擦性能最好,其磨损率为2.25×10^-5 mm³/(N·mm)。     

TC18钛合金热锻成形换热系数实验研究

在TC18钛合金热锻成形过程中，锻件与空气、锻件与模具之间的换热系数对热锻成形过程具有显著的影响。为了精确地测定不同条件下的锻件与空气、锻件与模具之间的换热系数，基于工艺实验并结合Deform-3D有限元分析方法，通过热传导反问题法，测定了TC18钛合金在不同条件下对应的换热系数。结果表明：在加热过程中，TC18钛合金与空气的换热系数在0.10～0.30 N·(s·mm·℃)^-1的范围内变化；在冷却过程中，试样与空气的换热系数在0.02～0.10 N·(s·mm·℃)^-1范围内变化；试样与模具之间的换热系数受接触面的条件影响较大，无介质、玻璃润滑剂的界面的峰值换热系数较大，约为4.5 N·(s·mm·℃)^-1,而在保温棉、玻璃纤维布、新型复合布界面接触条件下的换热系数较小，约在0.4～0.5 N·(s·mm·℃)^-1附近。     

激光功率对5356铝合金激光诱导MIG电弧增材制造组织性能的影响

为了改善MIG电弧增材制造5356铝合金的组织及力学性能,将低功率激光与MIG电弧增材制造结合,采用低功率脉冲激光诱导MIG电弧增材制造技术进行了不同激光功率下5356铝合金单道多层墙体成形试验,分析了激光功率对沉积态5356铝合金组织、显微硬度及拉伸性能的影响.结果表明,低功率脉冲激光诱导MIG电弧增材制造成形试样整体冶金结合良好、无明显的未熔合现象.墙体的微观组织主要呈等轴晶状,与单MIG电弧堆积的墙体相比,等轴晶变得细小均匀,显微硬度提高,波动较小.加入激光可以减少Fe元素、Si元素含量和气孔数量,使墙体的力学性能提高,当激光功率为300 W时达到最大值,较单MIG电弧堆积墙体的抗拉强度提高了12.0%.