铝合金微熔滴沉积成形过程中缺陷形成机理研究

针对铝合金微熔滴沉积成形过程中存在的缺陷问题,沉积制备了7075高强铝合金试样,采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等分析测试手段对其内部缺陷形貌进行观察,进而研究不同类型缺陷的形成机理。结果表明:铝合金微熔滴沉积成形件内部缺陷主要有孔洞和裂纹。其中孔洞缺陷包括间隙孔洞和凝固收缩孔洞;裂纹包括熔合线裂纹和细微热裂纹,其形成与延展和成形件内部残余热应力集中效应、熔滴重熔效果以及晶粒生长状况等因素有关。在此基础上提出减少或消除各类缺陷的方法,从而促进了该技术在高熔点合金零件制备中的应用。     

铝合金微滴打印沉积制造中热应力3D动态仿真分析研究

翘曲、分层、开裂是7075铝合金微熔滴沉积制造过程中常见的缺陷,其原因主要是沉积制造过程中存在较大的温度梯度和热应力集中。为了探究热变形、翘曲和开裂的形成机理,采用有限单元法和单元生死技术,通过ＡＰＤＬ(ANSYS)编程,建立了气动按需熔滴沉积成形温度和热应力计算模型,分析了7075铝合金微熔滴逐点、逐层沉积三维制件过程中温度和热应力的动态演变规律。并使用7075铝合金微滴,在相同初始边界条件和工艺参数下进行了沉积试验,模拟结果与7075铝合金制件微熔滴沉积试验结果基本吻合,较好地反映了实际成形过程中零件的温度和热应力场变化规律,为减少或消除铝合金微熔滴沉积制造过程的缺陷提供了理论依据,从而促进了该技术在高熔点合金零件制备中的应用。     

7075铝合金微滴打印沉积制造中热力耦合3D动态仿真分析研究（英文）

翘曲、分层、开裂是7075铝合金微熔滴沉积制造过程中常见的缺陷,其原因主要是沉积制造过程中存在较大的温度梯度和热应力集中。为了探究热变形、翘曲和开裂的形成机理,采用有限单元法和单元生死技术,通过APDL(ANSYS)编程,建立了气动按需熔滴沉积成形温度和热应力计算模型,分析了7075铝合金微熔滴逐点、逐层沉积三维制件过程中温度和热应力的动态演变规律。并使用7075铝合金微滴,在相同初始边界条件和工艺参数下进行了沉积试验,模拟结果与7075铝合金制件微熔滴沉积试验结果基本吻合,较好地反映了实际成形过程中零件的温度和热应力场变化规律,为减少或消除铝合金微熔滴沉积制造过程的缺陷提供了理论依据,从而促进了该技术在高熔点合金零件制备中的应用。     

基于单元生死技术的微熔滴沉积成形温度场模拟与试验研究

采用有限单元法和单元生死技术,建立了气动按需熔滴沉积成形温度场计算模型,模拟了7075铝合金薄壁件微熔滴沉积过程温度场的演变规律.结果表明:薄壁件成形温度场随熔滴沉积位置的移动而呈现周向动态变化,不同位置熔滴单元节点的热循环曲线存在不同个数的温度峰值和谷值;随着沉积层高度的增加,1～10层相邻搭接层间熔滴的冷却速率降低,熔滴所在沉积层中的高温区域逐渐扩大,使零件在成形方向上呈现变化的温度梯度,并导致1～10层相邻层间熔滴结合处的晶粒尺寸发生变化.模拟结果与7075铝合金薄壁件微熔滴沉积试验结果基本吻合,较好反映了实际成形过程中零件的温度场变化规律.     

基于单元生死技术的微熔滴沉积成形温度场模拟与试验研究

采用有限单元法和单元生死技术,建立了气动按需熔滴沉积成形温度场计算模型,模拟了7075铝合金薄壁件微熔滴沉积过程温度场的演变规律。结果表明:薄壁件成形温度场随熔滴沉积位置的移动而呈现周向动态变化,不同位置熔滴单元节点的热循环曲线存在不同个数的温度峰值和谷值;随着沉积层高度的增加,1～10层相邻搭接层间熔滴的冷却速率降低,熔滴所在沉积层中的高温区域逐渐扩大,使零件在成形方向上呈现变化的温度梯度,并导致1～10层相邻层间熔滴结合处的晶粒尺寸发生变化。模拟结果与7075铝合金薄壁件微熔滴沉积试验结果基本吻合,较好反映了实际成形过程中零件的温度场变化规律。     

激光选区熔化成形316L中孔洞类型及产生机理

激光选区熔化(Selective?Laser?Melting,SLM)在金属材料复杂结构制备领域具有明显的优势.分析了SLM成形316L?SS样件的内部与表面孔洞缺陷类型以及产生的机理,为缺陷的控制提供理论依据.实验结果表明,SLM成形316L?SS件内部孔洞缺陷主要包括:熔池交界处的撕裂型三角形孔洞、随机分布的夹杂型孔洞、熔池中心深度较浅的不规则孔洞以及呈现聚集性分布的未熔合型孔洞.表面孔洞缺陷主要包括较浅的凹陷性缺陷以及具有细颈特征的较深缺陷,缺陷内部存在夹杂物,且在表面孔洞尖端易产生微裂纹.SLM过程中产生的飞溅物是产生内部及表面孔洞的主要原因,分析结果显示飞溅物为高温下的混合氧化产物.     

扫描速率对SLM成形718HH模具钢成形性的影响

利用选区激光熔化成形技术于激光扫描速度800～1100 mm/s范围内制备了718HH塑料模具钢试样。采用光学显微镜、扫描电镜和半自动显微硬度计研究了激光扫描速率对选区激光熔化成形718HH塑料模具钢试样成形质量、显微组织和显微硬度的影响规律。研究表明,随着扫描速率的增加,成形件内部孔洞的数量增多、尺寸变大,且侧表面边界出现不同程度的裂纹;腐蚀后的成形件,其组织主要由马氏体组成,侧表面可以观察到典型的熔池形貌,且随着扫描速率的增大,熔池分布越来越不均匀;成形件具有较高的显微硬度,由于晶粒尺寸、残余应力以及孔洞裂纹等缺陷的综合影响,成形件的平均显微硬度随着扫描速率的增加呈现先升高后降低的趋势。当扫描速率为800 mm/s时,成形件内部几乎没有孔洞和裂纹等缺陷,成形组织致密,且具有良好的显微硬度,适用于718HH模具钢的选区激光熔化成形。     

快速凝固硅铝合金材料的组织与性能

针对电子信息工业对新型结构功能一体化电子封装材料的应用需求,采用喷射成形与热压致密化相结合的方法制备高Si含量(质量分数为50%~70%Si)的系列Si-Al合金,并利用金相显微镜、扫描电镜、硬度测试仪、热膨胀仪等手段研究该材料的显微组织、力学性能和热物理性能。结果表明,喷射成形高硅铝合金的沉积态显微组织细小弥散,初生硅呈不规则形状,均匀弥散地分布在铝基体中;对沉积坯件进行适当的热压致密化处理可以有效地消减喷射成形制坯工艺过程中所形成的疏松和孔洞,提高材料的致密度。经热压致密化处理的喷射成形高硅铝合金材料具有优越的热物理性能以及良好的力学性能,是一种综合性能优越的结构功能一体化电子封装材料。     

激光选区熔化工艺及热处理对稀土改性Al-Mn合金性能的影响

分析了激光选区熔化(SLM)成形不同工艺参数对稀土改性Al-Mn合金致密度的影响,从而得到最佳工艺参数,在此基础上研究热处理工艺对SLM成形Al-Mn-Sc-Zr合金力学性能的影响。结果表明,过高的激光能量密度造成元素气化,使得成形件内部产生残余球形孔洞,过低的能量密度引起搭接不良,使得成形件内部形成不规则孔洞。将能量密度优化为52.6 J/mm~3时,成形件内部缺陷减少,成形致密度提高至99.8%。SLM成形Al-Mn-Sc-Zr合金熔池内呈现两种不同的晶粒形态,熔池底部为等轴晶,而熔池中心为柱状晶。热处理之后,合金拉伸性能和显微硬度明显提升。经300℃保温4 h后,Al-Mn-Sc-Zr合金获得优异的拉伸性能,其抗拉强度可达576 MPa,且伸长率为11%。沉积态Al-Mn-Sc-Zr合金的显微硬度为131.2 HV_(0.2),经280℃保温6 h后,显微硬度(HV_(0.2))可提高至178.3。     

基于分形扫描的TC4合金激光立体成形研究

对分形扫描方式在TC4合金激光立体成形中的应用展开实验研究,探讨了分形扫描路径的成形特点,研究了激光立体成形工艺参数(激光功率、搭接率等)对TC4合金成形质量的影响,提出了分形扫描方式下消除熔合不良和孔洞的方法.研究发现,分形扫描方式下,TC4合金成形的主要缺陷为熔合不良和孔洞,其主要原因是分形路径拐弯处的沉积高度大于直线扫描时的沉积高度,从而使成形表面出现凹点;且随着激光功率的增加、搭接率的提高,TC4合金成形件的熔合不良和孔洞缺陷有所缓解,但是仍较明显.根据上述研究结论和分形扫描方式的成形特点,提出了"半光斑抖动"策略,即每层扫描起始点沿x、y方向偏移半个激光光斑,从而使上下两个沉积层形成的凹凸点相互叠加,有效地防止了成形表面质量的恶化.     

焊接气孔缺陷对A7N01铝合金焊接接头腐蚀疲劳性能的影响

在不同环境湿度条件下制备了不同焊缝气孔率的A7N01铝合金焊接接头,并通过条件腐蚀疲劳强度和断口微观形貌研究气孔缺陷对焊接接头腐蚀疲劳性能的影响。结果表明,当焊接环境的湿度由常湿增至70%时,焊缝的平均气孔率由0.07%增大为0.16%,接头的条件腐蚀疲劳强度由110 MPa降为100 MPa,焊接气孔缺陷对A7N01铝合金焊接接头的腐蚀疲劳性能有明显影响。焊缝中的气孔会造成严重的缺口效应,引起应力集中,导致裂纹在气孔处优先萌生,并在应力和腐蚀介质的共同作用下形成沿晶与脆性疲劳条带的混合断裂形貌。     

Defects in aluminum foam with superfine open-cell structure

The infiltration casting process for producing aluminum foam includes three steps： preparing precursor using NaCI particles, infiltrating molten aluminum and cleaning NaCI precursor. Defects occur during the preparation of aluminum foam with superfine open-cell structure, and influence the pore structure and performance of aluminum foam materials. The types of the defect and their forming mechanisms are analyzed in this paper. The defects include point defects and linear metal defects, and are caused by the defects in salt precursor and the insufficient infiltration of molten aluminum into precursor. With the choice of proper precursor preparation method and infiltration process parameters, the complete aluminum foam with superfine pores could be achieved.     

7A09铝合金棒材探伤缺陷研究

对7A09铝合金棒材探伤缺陷产生的原因进行了分析,确定了缺陷为金属化合物。通过控制金属添加剂、中间合金质量,调整合金的化学成分,提高熔铸温度,加强过滤等预防措施,降低了7A09铝合金棒材探伤缺陷的产生。     

基于金属液滴水平重叠沉积工艺对表面形貌和内部质量优化研究

在铝熔滴在铝基板上沉积、凝固过程中,研究了不同工艺参数下的对成形表面形貌和内部质量的影响规律。通过对单一金属液滴沉积行为研究,建立了横向搭接沉积数值模型,并对两个,三个,四个熔融液滴重叠形态的进化和温度变化过程进行分析和实验验证。实验表明：数值模拟与实验结果有良好的一致性,从而得到了最优参数。该研究对实现金属微液滴重叠沉积生产的有效过程控制至关重要,为液滴水平重叠沉积复杂金属提供了技术支持和参考。     

金属液滴垂直搭接成形工艺研究

通过研究铝合金熔滴的垂直搭接过程中不同工艺参数下的对成形表面形貌和内部质量的影响规律。通过对单一金属液滴沉积行为研究,建立了垂直搭接沉积数值模型,并对多个熔融液滴垂直重叠形态的进化和温度变化过程进行分析和实验验证。实验表明：数值模拟与实验结果有良好的一致性,从而得到了最优参数。该研究对实现金属微液滴垂直搭接生产的有效过程控制至关重要,为制造复杂金属提供了技术支持和参考。     

2219铝合金高频耦合脉冲TIG焊接工艺

对2219铝合金采用高频耦合脉冲TIG的焊接工艺研究,结果表明,采用特殊交流以及叠加高频脉冲可以有效的细化组织,消除气孔和减少裂纹等冶金缺陷,显著改善和提高铝合金接头性能. 在此基础上研究了单层焊和双层焊对接头性能的影响,对双层焊每一层的工艺参数做了优化,并对接头各微区采用了晶粒度的定量分析与对比,提出了通过控制热循环对接头"控性"的方法,使接头微观组织趋于均匀,是提高接头综合力学性能的一个新思路,在工程上具有适用性.     

激光熔覆在AlN陶瓷表面制备铜基金属覆层缺陷分析及控制

通过脉冲式YAG激光器在AlN陶瓷表面制备铜基金属覆层,分析熔覆层的缺陷,并研究如何能控制熔覆层缺陷的发生,熔覆试样的缺陷主要表现为陶瓷基板炸裂、熔覆层成形不完整、熔覆层微观裂纹和气孔.结果表明,通过调节激光熔覆的热输入可以保证陶瓷基板的完整性并且熔覆层成形良好;通过焊前预热和焊后缓冷的工艺可以降低熔覆层微观裂纹和气孔的形成几率.通过优化激光熔覆工艺参数和工艺方法,可以形成良好的熔覆层,并且AlN陶瓷基板和铜基金属覆层之间形成过渡层,形成良好的冶金结合.     

稀土 CeO2 含量对 Al 合金激光熔覆层组织形貌的影响

目的研究稀土氧化物CeO2的含量对铝合金表面Ni基激光熔覆层组织形貌的影响,降低Ni60熔覆层的气孔、开裂等组织缺陷。方法采用激光熔覆技术,在6063Al表面制备CeO2含量不同的Ni60熔覆层,对熔覆层的表面形貌、截面形貌及微观组织进行对比分析。结果 CeO2质量分数低于3%时,难以获得表面良好的熔覆层,0%~2%时易出现裂纹;CeO2质量分数在4%~5%的熔覆层形貌最好,无明显气孔和裂纹,尤其4%时具有相对较好的截面形貌;CeO2质量分数在5%~10%的熔覆层主要缺陷为气孔,且气孔、脱落等缺陷较少。结论添加CeO2可以改善铝合金表面Ni60熔覆层的组织形貌,尤其4%的CeO2可以改善Ni60熔覆层的组织结构,促进熔覆层的晶粒细化和组织分布均匀,是较佳的添加量。     

Distribution and Evolution of Porous Defects in Spray Formed 7XXX Aluminum Alloy

利用喷射成形技术制备了Al-10.8Zn-2.8Mg-1.9Cu-0.16Zr合金,通过金相显微镜和场发射扫描电镜研究了喷射成形合金的微观组织,总结了沉积坯中孔隙的形貌特点,分析了合金中孔隙的形成机制,并对热等静压和均匀化热处理对沉积坯缺陷的影响进行了研究。结果表明,沉积坯中的孔隙主要有搭接型孔隙、连通型孔隙和气孔,缺陷种类及分布与沉积坯位置有一定的关系,沉积坯芯部缺陷主要为搭接型孔隙和气孔,沉积坯边部连通型孔隙较多,尺寸较大。气孔内壁平滑内凹,形貌类似球形,其余孔隙为不规则形貌。热等静压处理可以消除气孔以外的其他孔隙,热处理后沉积坯中的气孔重新出现。     

TIG焊工艺对LD10铝合金接头气孔的影响

LD10铝合金是国内航天运载器推进剂贮箱的主要应用材料,通常采用钨极氩弧焊(TIG焊).气孔是铝合金熔焊接头中的常见缺陷,文中对5.5 mm厚的LD10铝合金进行了4种不同工艺条件的TIG焊接,对比研究了4种工艺接头的气孔问题.结果表明,LD10铝合金采用TIG焊时,容易产生气孔,其中两面三层焊接头X射线检测出的不合格焊缝相对较多;对于合格焊缝中的微气孔而言,两面三层焊较少,其次是两面两层焊和单面两层焊,单面单层焊最多,它们的气孔率分别为0.90%,2.28%,2.53%,3.28%.焊缝气孔较多时,在接头横向拉伸试验中裂纹容易从气孔启裂.