GH4169电子束焊黑线组织研究

GH4169合金在电子束焊后,多次发现在热影响区腐蚀检查时,有沿基体晶界类似裂纹的"黑线",对其进行金相分析、扫描电镜观察和能谱分析结果表明,GH4169合金在电子束焊后腐蚀检查沿晶界的黑线不是裂纹,而是由铌、锆等元素形成的合金相.     

CMT电弧增材制造GH4169合金的组织和拉伸性能

目的研究冷金属过渡CMT电弧增材制造GH4169合金单道多层薄壁试样的组织和拉伸性能。方法利用CMT增材制造成形系统进行GH4169合金的单壁墙增材制造试验,分析了成形薄壁试样的组织演化和力学性能,讨论了柱状晶组织的各向异性以及均匀化处理对合金力学性能的影响。结果成形试样的显微组织主要为γ相和共晶(γ+Laves)相,试样沿沉积方向具有[100]择优取向。枝晶组织随着沉积层数的增加变得粗大,枝晶间距变大且二次枝晶臂变小,Laves相的取向特征越明显。从底部区域到顶部区域,试样枝晶臂间距λ_1从13.76μm增大到23.27μm。沿柱状晶生长方向的抗拉强度最大,约为774 MPa;而沿电弧行走方向的抗拉强度随沉积层数的增加逐渐减小,断后伸长率逐渐增大,最大抗拉强度约为763MPa。1170℃固溶+时效处理后,原粗大柱状晶形成较小的多边形晶粒,成形试样组织的均匀性提高,沉积方向最大抗拉强度为1222 MPa,沿电弧行走方向最大抗拉强度为1085 MPa。结论 CMT增材制造GH4169合金组织特征与激光增材制造的试样基本一致,热处理前后CMT成形GH4169合金试样抗拉强度均小于激光立体成形,但伸长率更大。     

电子束增材制造设备及应用进展

电子束增材制造是增材制造技术的主要方向之一,它在真空中进行,具有能量利用率高、零件残余应力低等优势,在航空航天、医疗领域获得较为广泛的应用.介绍了两种电子束增材制造方法——电子束选区熔化和电子束熔丝沉积,总结了设备、电子枪、工艺、材料组织调控等方面的研究与应用进展,并对电子束增材制造技术的发展进行了展望.     

电子束增材制造成型室热分析

底板预热是电子束增材制造技术里非常重要的一道工序,其预热效果直接影响加工零件的质量。电子束增材制造设备在调试和加工过程中,都需要进行底板预热。本文针对电子束增材制造设备在底板预热过程中底板以及成型室温升进行了数据采集,通过热路法对简化的成型室温升进行了热计算,得到了在热量传递处于动态平衡条件下的热量分布以及成型室钢板的内外温度,计算结果和实测结果相吻合,并给出了电子束束流与底板温度的关系,对电子束增材制造设备的设计以及改进具有工程指导意义。     

锻态GH4169合金热变形本构方程及热加工图

目的 研究锻态GH4169合金的热变形行为,获得优化的热加工参数。方法 采用Gleeble 3500热模拟实验机对锻态GH4169合金进行不同工艺参数的热压缩实验,建立锻态GH4169合金的热变形本构方程,分析流变应力与热加工参数之间的关系。根据获得的流变应力–应变曲线建立锻态GH4169合金的热加工图。采用金相显微镜观察锻态GH4169合金变形后的显微组织。结果 锻态GH4169合金的应力随变形温度的增加和应变速率的降低而降低。基于锻态GH4169合金的热加工图可知,锻态GH4169合金可热加工的区域分别为987～1 027℃/0.026～0.01 s^-1和1 070～1 100℃/0.026～0.01 s^-1,最优热加工参数分别为1 000℃/0.01 s^-1和1100℃/0.01s^-1。通过金相组织结果分析可知,锻态GH4169合金无论在低温高应变速率条件下,还是在高温低应变速率条件下都发生了再结晶。对于热加工图中的流变失稳区,合金的动态再结晶主要与变形热有关。对于热加工图中可热加工的区域,合...     

电子束熔丝增材制造研究进展及展望

增材制造技术可以实现复杂三维结构件的快速制造,大幅度提高生产效率、减少材料损耗、降低生产成本.相比于电弧和激光增材制造技术,电子束熔丝增材制造凭借其制造成本低、加工效率高、材料利用率高等特点,逐渐成为增材制造领域的研究热点.从成形精度与缺陷调控、组织与性能特点、成形及其控制机理3个方面综合分析了国内外关于电子束熔丝增材...     

电子束选区熔化(SEBM)增材制造高温合金研究进展

高温合金具有优异的抗氧化、耐腐蚀等性能,被广泛应用于航空发动机热端部件。以激光、电子束等高能束流为热源的增材制造(additive manufacturing, AM)技术在制备复杂结构高温合金部件方面具有显著优势：不仅能缩短生产制造周期、降低研发成本,而且能够细化合金组织,提高合金力学性能。但随着高温合金中铝、钛含量的增加,γ′相体积占比增大,合金高温力学性能提升的同时也造成其可焊性差,给增材制造该类高温合金带来挑战。与激光选区熔化(selective laser melting, SLM)技术相比,电子束选区熔化(selective electron beam melting, SEBM)技术可通过粉末床预热缓解合金凝固热应力,有利于降低增材制造时的热裂倾向。针对近年来国内外SEBM技术制备镍基高温合金、钴基高温合金等合金所涉及的工艺参数、微观组织、力学性能及应用等方面进行了综述,包括作者课题组新近的成果,并指出该领域的未来发展方向。     

GH4169合金变应变速率热变形过程动态再结晶动力学行为及建模

目的 研究变应变速率高温变形过程中GH4169合金动态再结晶行为和晶粒组织的演变机理.方法 在不同变应变速率工况下对GH4169合金进行高温压缩实验,分析了变形参数对动态再结晶行为与晶粒组织的影响规律,建立变应变速率工艺下GH4169动态再结晶动力学和晶粒尺寸预测模型.结果 随着第一阶段真应变的增加或第一阶段/第二阶段...     

高温合金GH4169管材挤压工艺及组织分析

对高温合金GH4169管材挤压成形进行了工艺研究.确定了GH1140管材挤压成形工艺参数,分析了GH4169管材挤压力能参数变化规律.分析了管材挤压对组织性能的影响.研究结果发现,GH4169管材挤压成形时必须严格控制坯料温度、模具预热温度、润滑方式、挤压速度、挤压比等工艺参数.     

内燃机用激光增材制备GH4169镍基高温合金的组织及硬度

为了提高内燃机的耐高温稳定性,利用激光增材技术制备内燃机用GH4169镍基高温合金,测试分析固溶温度对其组织演变和硬度的影响。结果表明:激光增材制造GH4169合金形成柱状晶,Laves相基本生长在枝晶间。随着固溶温度升高到950℃后,部分区域生成了条纹形晶界,晶粒中的枝晶已经减少,试样晶粒明显细化。经过更高的固溶温度处理后,合金组织含有的Laves相比例发生了减小,同时其外形也从无规排列的长链结构转变至更加细小的颗粒。900℃固溶处理试样显微硬度高于沉积态;当固溶温度进一步上升时,试样显微硬度减小。当固溶温度上升后,合金基体内的Laves组织与δ相都发生了更大比例的溶解,引起试样显微硬度的减小。     

TC4钛合金电子束沉积修复工艺研究

目的 研究TC4钛合金电子束沉积修复工艺对修复试样成形形貌的影响。方法 主要对电子束流、送丝速度和成形速度3种工艺参数进行研究,观察其宏观形貌,从而归纳出工艺参数对电子束沉积修复钛合金TC4的影响规律。结果 在一定范围内,电子束流较小时,母材与修复区熔合不良,产生“V”型孔洞缺陷;随着电子束流增大,热影响区也随之增大。送丝速度主要影响试样的外观成形,较快或较慢的送丝速度都会使修复试样表面成形不良。成形速度较小时,成形表面有密集的鱼鳞纹,修复试样余高较低;成形速度增大时,热影响区随之减小,同时会产生孔洞缺陷。结论 不同的电子束流、送丝速度、成形速度都会对TC4钛合金电子束沉积修复形貌产生重要影响,需要合理的控制工艺参数。     

增材制造Ti-6Al-4V钛合金低周疲劳性能研究进展

金属增材制造技术可用于大型、复杂高性能钛合金结构件的制备,在航空航天等领域具有显著的优势和巨大的发展潜力。虽然增材制造Ti-6Al-4V合金构件的强度已经能够超过锻件,但它仍存在内部孔隙、熔合不良、粗大的柱状晶及残余拉应力等问题,使其在疲劳性能上与锻件具有一定的差距。本文在介绍直接能量沉积、选区激光熔化和电子束选区熔化3种代表性增材制造技术的原理及特点的基础上,简述了3种工艺制备Ti-6Al-4V合金构件的微观组织、静态力学性能及低周疲劳性能的研究进展,重点讨论了打印方向、缺陷、显微组织和表面处理对低周疲劳性能的影响。分析了增材制造Ti-6Al-4V合金构件低周疲劳性能、拉伸性能与微观组织之间的内在关系,并对提高构件低周疲劳性能的方法和推动其广泛应用的发展方向进行展望。     

电子束焦点位置对TC4板材焊接接头显微组织的影响

目的针对厚板TC4合金真空电子束焊缝组织不均匀的问题,通过改变不同焦点位置,分析焊接接头显微组织特征。方法采用真空电子束对厚度为20 mm的TC4板进行对接试验,用光学显微镜和显微硬度计对焊缝不同位置的显微组织进行观察与分析。结果采用表面聚焦时,可获得成形良好的"I"型焊缝;焊缝显微组织由柱状β相转变组织组成;表面聚焦状态下电子束流密度大,气孔较少,截面成形最好;接头显微硬度沿熔深方向上呈梯度分布,接头底部显微硬度最高,顶部硬度最低。结论不同聚焦状态下焊缝中部晶粒存在较大差别,表面聚焦晶粒最为细小。接头沿熔宽方向上的显微硬度呈"W"型分布,沿熔深方向呈梯度分布。     

超声辅助CMT电弧增材制造TC4钛合金微观组织和力学性能研究

目的研究超声辅助对CMT电弧增材制造钛合金TC4微观组织及力学性能的影响。方法 CMT增材制造TC4钛合金的同时利用超声辅助设备进行振动辅助,采用不同的振动功率和不同的振动位置对增材后的TC4力学性能和微观组织进行对比分析。结果 600 W超声辅助振动基板时的钛合金试样成形美观,力学性能优异。水平方向上,抗拉强度平均值为952.7 MPa,伸长率平均值为7.46%;垂直方向上,抗拉强度平均值为905.83 MPa,伸长率平均值为11.03%,相较未施加超声振动增材试样的力学性能有明显提高。结论超声辅助的引入有效提高了熔池的深宽比,加快了熔池冷却速度,柱状晶尺寸也明显减小,针状马氏体数量增多,得到的钛合金力学性能和微观组织均良好。     

增材制造铜/钢双金属材料研究进展

铜/钢双金属材料具有力学强度高、物理化学性能优良等优势,在交通运输、电力能源和建筑工业等领域应用前景广阔。然而,传统熔铸工艺在制造铜/钢双金属材料时,容易在铜/钢界面处产生偏析现象,在一定程度上限制了铜/钢双金属材料的发展。与传统工艺相比,增材制造技术不仅能实现复杂加工零件的快速制造,而且在成形过程中较短的保温时间能缓和或消除异种金属材料界面产生的冶金缺陷,进而增强铜/钢双金属材料的力学性能。由于双金属材料是近年来的研究热点,有关增材制造铜/钢双金属材料的综述性文章较少,故综述了近年来激光、电子束及电弧增材制造技术制造铜/钢双金属材料的研究发展现状,分析了各技术的优缺点,并从制备方法、工艺参数及界面合金元素等角度,分析了影响材料界面组织性能变化的关键因素。发现在增材制造铜/钢双金属材料方面,目前激光增材制造技术主要应用于精度要求较高的小尺寸零部件,电子束增材制造技术适用于某些具有特殊性能的合金,如钛合金,而电弧增材制造技术适用于精度要求较低的大型复杂零部件。在铜/钢双金属材料增材制造过程中,界面处易形成显微组织分布不均匀、界面晶粒尺寸差异较大等现象,导致界面处产生应力集中,从而造成材料...     

电子束修复IC10高温合金熔覆层组织分析

目的研究沉积速度对IC10熔覆层显微组织、显微硬度的影响以及界面的结合特征。方法采用真空电子束填丝焊对IC10镍基单晶高温合金进行修复试验,采用XJP-2C型倒置光学显微镜观察熔覆层OM图像,能谱仪(EDS)测定各区域元素分布情况,401MVD型数显显微硬度计测量接头显微硬度。结果在熔覆层上部出现等轴晶区和转向枝晶区,当沉积速度为220 mm/min时,熔覆层底部中心线左侧为取向一致的柱状晶,右侧为等轴晶;当沉积速度增加至300 mm/min时,底部等轴晶全部由柱状晶所取代。当沉积速度为220 mm/min时,熔覆层与基体区的显微硬度值基本相同;当沉积速度增加到300 mm/min时,熔覆层的显微硬度值最小。结论随着沉积速度的增加,熔覆层横截面底部柱状晶数量明显增多,而等轴晶数量明显减少,最后全部由柱状晶取代,同时熔覆层的显微硬度值呈递减趋势。此外,在沉积速度为260 mm/min时,结合面实现了良好的冶金结合。     

316L不锈钢电弧增材制造工艺研究

目的 研究电弧增材制造过程中焊接速度和层间冷却时间对成形件精度和力学性能的影响。方法 使用316L不锈钢焊丝在钢板上进行20层往复式堆积试验,设置了不同的焊枪运行速度和层间冷却时间,完成了4个金属薄壁墙体的制备,对沉积样品的形貌外观、显微组织、硬度和拉伸性能进行了研究。结果 4组试样的制备过程都比较稳定,表面成形良好,层与层结合较为平滑,层间分明,无裂纹、塌陷等缺陷出现。当层间冷却时间达到一定值时,熔池凝固,样品的成形精度和高度较为稳定。单位时间内加入熔池的金属质量和热输入均随着焊接速度的增大而减小,不同焊接速度下沉积样品的层高和层宽不同。由于焊接速度增大、热输入减小,试样的硬度略微增大,拉伸性能增强。沿薄壁件的构建方向,4组试样的维氏硬度曲线呈波浪形,从每个熔合层的底部到顶部逐渐降低。结论 增材制造工艺参数对产品的成形质量、显微组织和力学性能都有影响,在保证成形过程稳定的前提下,提高焊枪堆积速度能提高产品的力学性能。     

球墨铸铁表面电弧增材制造Fe‒Cr合金结合区组织和性能

目的 在球墨铸铁基体上电弧增材制造Fe-Cr合金,研究结合区组织和性能,以期获得具有良好冶金结合、满足冲裁模具性能要求的双金属构件。方法 采用GMAW工艺增材制造,用金相显微镜和扫描电子显微镜表征结合区的显微组织,并分析其形成机制。结果 Fe-Cr合金与球墨铸铁结合区无明显裂纹和气孔,其凝固组织为柱状晶和等轴晶,冷却后转变为马氏体和残余奥氏体,但其分布不均匀,在界面处有一富奥氏体层。结合区内球墨铸铁受热影响发生奥氏体化和部分熔化,熔化发生在临近结合界面的石墨球周围,其冷却后形成一层马氏体和一层莱氏体的双层壳型组织结构,未熔化部位的组织为马氏体和铁素体,珠光体球墨铸铁比铁素体球墨铸铁形成的马氏体多。结合区内硬度分布不均匀,球墨铸铁的硬度从基材到结合界面逐渐升高,最高达630HV,Fe-Cr合金平均硬度为510HV。结论 电弧增材制造Fe-Cr合金与球墨铸铁基体冶金结合良好,Fe-Cr合金组织为马氏体和残余奥氏体,有较高的硬度,能满足冲裁模具的性能要求。     

丝束同轴冷阴极电子枪的研制

与传统基于热阴极电子枪的熔丝增材制造技术相比,基于丝束同轴冷阴极电子枪的熔丝增材制造技术具有明显优势。为了缩短与世界先进电子束熔丝增材制造技术的差距,通过分析丝束同轴冷阴极电子束产生机理,采用模拟仿真技术优化影响束流品质的阴极、阳极参数,根据仿真结果研制了一套具有完全自主知识产权的丝束同轴冷阴极电子枪。所研制的丝束同轴冷阴极电子枪输出束流呈现"X"形状,熔滴过渡模式可以调控,熔丝成形效率达到5.02kg/h。