Recrystallization During Thermo-Mechanical Fatigue of Two High-Generation Ni-Based Single Crystal SuperalloysEI北大核心CSCD

通过SEM和TEM等手段研究了经热机械疲劳变形后的第三代和第四代单晶高温合金的显微组织,了解高温合金在近服役条件下的变形组织,分析单晶高温合金近服役条件下的变形机制。结果表明,第三代和第四代单晶高温合金样品中在不同{111}面上产生了大量的变形孪晶,且在平行的孪晶片层中或者孪晶片层交截周围发现大量再结晶晶粒。再结晶晶粒的界面主要由变形后的孪晶界、小角度晶界以及孪晶相交产生的大角度晶界组成。借助像差校正透射电镜解析了变形后的孪晶界结构以及孪晶诱发动态再结晶的过程,揭示了单晶高温合金热机械疲劳断裂机制。     

Research Progress on Surface Impact Strengthening Mechanisms and Application of Nickel-Based SuperalloysEI北大核心CSCD

为满足不断攀升的两机涡轮动力系统的快速发展,表面冲击强化技术在涡轮转子用高温合金表面强化的应用及相应机制的研究受到了广泛关注。然而,高温合金表面硬化层在高温服役环境下的回复、再结晶行为难以避免,由此引起的表面强韧化、抗疲劳效果的退化,成为制约表面冲击强化技术在先进高温合金关键部件深入应用的瓶颈。本文总结了近年来镍基高温合金表面冲击强化机制及应用研究进展,分析了表面冲击强化对镍基高温合金表面强韧性及抗疲劳的作用规律,探究了高温合金表面冲击硬化层在高温及长期时效过程中的显微组织、微结构演化及其对高温稳定性的作用机理。以期为发展镍基高温合金表面冲击强化、提高两机涡轮转子疲劳抗力提供基础。     

Effect of Laser Oscillation on the Microstructure and Mechanical Properties of Laser Melting Deposition Titanium AlloysEI北大核心CSCD

针对激光熔化沉积冶金组织与缺陷,借鉴激光摆动焊接技术,提出一种激光摆动送粉增材制造TC4钛合金工艺,借助激光原位摆动改变熔池运动轨迹进而影响温度梯度和凝固速率,改善增材制造钛合金的微观组织。利用OM、SEM、EBSD和Vickers硬度计研究了激光摆动送粉增材制造工艺对TC4钛合金微观组织演变及力学性能的影响。结果表明,无摆动激光熔化沉积实验的最佳工艺参数为:激光功率1000 W,扫描速率8 mm/s,送粉速率6.92 g/min;直线型激光摆动的最佳工艺参数为:摆动频率200 Hz,摆动幅度1.5 mm。直线型激光摆动对熔池形貌改善显著,气孔和裂纹等缺陷较少,柱状晶数量和尺寸均有所减小,并且晶粒出现了等轴化的现象。相比无摆动样品,激光摆动后Ti-6Al-4V合金单道区域平均晶粒尺寸从5.20μm减小到4.37μm;硬度从418.00 HV提升到428.75 HV。     

Effect of Gravity on Directionally Solidified Structure of SuperalloysEI北大核心CSCD

分别利用常规下抽拉法与新型上提拉法进行不同方向的高温合金定向凝固实验,对比研究重力对单晶铸件凝固组织的影响。结果表明,在常规下抽拉法实验的向上凝固过程中,容易出现雀斑、γ/γ’共晶上聚和籽晶回熔紊乱等问题。原因是糊状区内液体由于元素偏析引起密度减小,在重力作用下形成了上重下轻的失稳状态并引起对流。而通过新型上提拉法实现的顺重力凝固过程中,密度减小的液体处于糊状区上端,形成上轻下重的稳定状态,使重力的作用由失稳因素转化为维持稳定的因素,抑制了液体对流的产生与发展。采用新型上提拉法制备的单晶铸件中彻底消除了雀斑缺陷,抑制了γ/γ’共晶组织的向上聚集,也保证了低密度籽晶稳定的回熔和外延生长。顺重力定向凝固技术从根本上消除了重力对高温合金定向凝固的不良影响,有希望发展成为新一代的先进单晶叶片成型技术。     

Composition Design of Additive Manufacturing Materials Based on High Throughput PreparationEI北大核心CSCD

增材制造作为一种新型制造技术,为航空航天、交通运输和生物医学等领域带来了革命性变化。但目前增材制造用金属材料仍基于传统合金,部分材料并不适用于高能束加工,性能仍有提高空间。目前的增材制造专用材料开发未脱离传统试错法,效率低下,是制约增材制造材料性能提高的瓶颈问题。本文就增材制造钢、钛合金、铝合金材料现状和问题进行了讨论,并列举增材制造高通量制备和表征技术在材料开发和设计上的应用,结合增材制造高通量制备的原理和特点,最后阐述了增材制造高通量制备和表征技术在材料开发上的机遇和挑战,并对增材制造关键材料开发与成分优化未来的发展方向做出展望。     

Research Progress on the Crack Formation Mechanism and Cracking-Free Design of gamma' Phase Strengthened Nickel-Based Superalloys Fabricated by Selective Laser MeltingEI北大核心CSCD

传统牌号高强镍基高温合金具有较宽的凝固温度区间、较高比例的低熔点共晶相,在增材制造快速非平衡凝固过程中易产生裂纹等缺陷;同时,热处理过程中残余应力释放和γ’相快速析出导致应变时效裂纹的形成,严重限制了其在激光增材制造领域的应用与推广。基于此,本文综述了近年来国内外研究组及作者团队在选区激光熔化高强镍基高温合金裂纹形成机理与抗裂纹设计(成形工艺参数优化、热处理制度调控以及合金成分设计)领域相关的研究进展,并对激光增材制造γ’相强化镍基高温合金裂纹调控的研究进行了展望。     

搅拌摩擦增材制造技术研究进展EI北大核心CSCD

本文归纳总结了国内外的搅拌摩擦增材制造(FSAM)技术的研究进展,搅拌摩擦增材制造具有成形快、增材效率高、过程绿色环保等特点。此外,其作为一种固相增材技术,能够有效避免其他熔化增材方法成形过程中引起的缩松、孔隙等缺陷。目前报道的搅拌摩擦增材制造方法,大致可以分为4大类:轴向增材制造、径向增材制造、消耗型搅拌摩擦工具增材制造和叠加板材增材制造。详细列举了搅拌摩擦增材与激光、电弧增材样品微观组织与性能,阐述了不同增材方法的优缺点和适用领域,介绍了搅拌摩擦增材设备单位及已经开展的初步应用和未来设计的搅拌摩擦增材装置的发展方向,为搅拌摩擦增材技术的进一步应用奠定了基础。     

Effects of W Concentration on Creep Microstructure and Property of Novel Co-Based SuperalloysEI北大核心CSCD

以γ’相强化的Co-Al-W高温合金(Co-9Al-xW,x=8、9、10,原子分数,%)为研究对象,耦合CALPHAD和晶体塑性本构关系,建立了高温加载时微观组织演化的三元弹塑性相场模型,考察了W含量对蠕变过程中γ’相演化行为和蠕变性能的影响。结果表明,随W含量增加,γ’相体积分数增加,γ基体塑性变形降低,筏化形成并提前,导致蠕变性能提高。不变矩分析表明,9W和10W合金中筏组织形成是出现稳态蠕变阶段的主要原因。应力/应变分析表明,高W合金γ基体中较大的错配应力减小了塑性变形。     

Stacking Fault in γ’ Precipitate of Single Crystal Nickel Base Superalloy DD8 After Out-of-Phase Thermo-Mechanical Fatigue

对镍基单晶高温合金DD8在恒机械应变控制下的反位相（OP）热机械疲劳（TMF）实验后的微观结构进行了研究。结果表明，DD8单晶经过OP TEM后γ′沉淀相被Schockley不全位错剪切，而不是象在等温疲劳（IF）那样是被位错对剪切。经过分析得出，γ′沉淀相是被位错对还是Schockley不全位错剪切，在适当的温度下，与形变的速度和施加的应力大小有很大的关系。     

超高频电弧增材制造GH4169合金热处理组织

采用超高频脉冲电弧增材工艺成形了GH4169高温合金薄壁件,并制定了两种热处理制度. 试样分为3组:未热处理组、固溶+时效组和均匀化+时效组,并对电解腐蚀后的显微组织进行了对比和分析. 结果表明,未经热处理的组织主要为粗大枝晶,晶间有较多的Laves相,在超高频电弧的作用下,其组织比常规脉冲电弧沉积成形得到的组织尺寸更小;固溶+时效处理后的组织,γ基体上分布着大量片状δ相、γ″相和一定量的γ'相,残留有少量Laves相;均匀化+时效后的组织,δ相基本消失,基体上分布有大量颗粒状的γ″相和γ'相,及少量的小块状Laves相和碳化物.     

Current Situation and Prospect of Computationally Assisted Design in High-Performance Additive Manufactured Aluminum Alloys: A ReviewEI北大核心CSCD

增材制造技术为高强铝合金复杂零部件的制造带来了前所未有的机遇,但目前增材制造铝合金体系仍局限于可铸造和可焊接的Al-Si系合金,制约了高性能增材制造铝合金的快速发展。近年来,不同尺度的计算方法逐步用于辅助高性能增材制造铝合金的开发。本文详细综述了国内外学者在计算辅助增材制造铝合金设计与制备领域的研究成果,列举了原子、介观和宏观尺度计算模拟及机器学习等计算方法辅助增材制造铝合金设计的代表性案例,分析了不同计算方法辅助合金设计的策略,并指出其不足。最后,针对如何推动多尺度计算在高性能增材制造铝合金开发中的应用进行了展望,并指出其发展方向。     

增材制造高温合金组织及缺陷研究进展

增材制造作为一种先进的数字化制造技术,广泛应用于高温合金制备研究中。介绍了增材制造高温合金的微观组织基础上,梳理增材制造过程中的气孔种类及特征,回顾了裂纹种类及开裂倾向性模型的发展过程,综述数值模拟技术在增材制造高温合金性能优化的应用,并对增材制造高温合金的研究和发展进行了展望。     

钴基高温合金GH5605热压缩变形行为EI北大核心CSCD

利用Gleeble−3500热模拟试验机对真空感应(VIM)+电渣重熔(ESR)所得的GH5605合金铸锭进行热压缩实验,研究其在变形温度为950~1200℃、应变速率为0.001~10 s^(−1)、真应变为0.65时的热变形行为。结果表明:铸态GH5605合金的真应力−应变曲线属于加工硬化+动态回复型,分为3个阶段,即Ⅰ剧烈加工硬化阶段、Ⅱ平缓加工硬化阶段、Ⅲ稳态流变阶段。建立的Arrhenius本构方程相关系数(Rr)和平均相对误差(δ)分别为0.95和11.99%,结合热加工图和变形组织分析得出GH5605合金良好的加工区域为变形温度1055~1200℃、应变速率0.01~0.1 s^(−1)。     

超疏水表面激光加工技术研究进展EI北大核心CSCD

超疏水表面作为最具代表性的功能性表面得到广泛的应用,激光加工技术凭借超高加工精度和高度可控等特性,成为制备超疏水表面微纳尺度结构的有利工具。已有大量相关试验研究,但鲜有对加工机理和方法等进行归纳总结。从润湿理论出发,分析超疏水表面激光加工技术研究现状。按照微纳结构成型方式,归纳总结增材和减材激光加工制备超疏水表面的成型机理。基于成型机理系统梳理超疏水表面制备的研究进展。分析制备过程中影响材料表面超疏水性的因素。针对超疏水表面机械稳定性问题,梳理改善和提高表面机械稳定性的方法。简述超疏水表面研究中存在的问题及其发展趋势,指出试验研究结果的规律性总结的局限。与仅论述激光减材制备超疏水表面的综述类文章不同,从增材和减材两个方面论述激光加工制备超疏水表面的机理,详细分析激光减材制备超疏水表面的制备方法和表面疏水性影响因素,对未来激光加工制备超疏水表面更深层次的研究具有指导意义。     

激光增材制造高温合金复合材料研究进展

本文对增材制造技术在高温合金复合材料中的研究进行了系统全面地梳理归纳,综述了增材制造高温合金复合材料的粉末混合、冶金过程以及强化机制,并且在增材制造高温合金复合材料显微组织、缺陷及其性能方面进行详细对比分析研究。在此基础上,分析了增材制造高温合金复合材料研究现状及进展,并且对高温合金复合材料新增强相设计、增强相添加方式及其对蠕变疲劳性能的影响机制等的研究进行了展望,本文将有利于对增材制造高温合金复合材料的研究和发展提供参考。     

NiFe基合金激光增材制造热裂纹形成机理及调控

针对NiFe基高温合金增材制造过程易出现热裂纹的问题,开展该合金热裂纹形成机理的研究,提出通过层间温度控制以及粉末氮化的方法,降低NiFe基高温合金激光增材过程中的热裂纹敏感性.?结果表明,热裂纹的出现主要是由于元素偏析以及热应力所引发的,热裂纹位置大多在大角度晶界处,这是由于大角度晶界中能量较高,在冷却过程中,晶界内...     

热暴露对预变形2A12铝合金组织和性能的影响北大核心CSCD

通过对不同热暴露制度下2A12铝合金的常温拉伸力学性能测试和微观组织演变的观察,分析热暴露制度对预变形该铝合金微观组织和性能的影响。结果表明在120℃热暴露500 h后2A12合金力学性能提升,热暴露温度提高到160℃、200℃,合金性能直线下降。200℃热暴露100 h时合金强度损失严重,之后缓慢下降。T8态合金中S相的尺寸比T6态更加均匀,粗化速率更低。T8态合金由于大量位错的诱导,溶质充分析出,基体浓度已经降低到一定程度。而T6态合金基体浓度高于T8态合金,加之较小相体的溶解可以提供溶质,其S相更容易粗化,进而降低了合金强度。     

激光增材制造沉淀强化镍基高温合金热裂纹研究进展

针对沉淀强化镍基高温合金中的裂纹现象,对比了2类热裂纹（即凝固裂纹和液化裂纹）的典型特征、形成位置和条件。从枝晶生长、元素偏析、强化相析出、固态相变和残余应力应变等角度,系统综述了热裂纹的形成机理和热裂纹敏感性影响因素。在此基础上,从合金成分调控、工艺参数优化、基板预热以及热等静压处理等方面,概述了增材制造高温合金热裂纹调控和抑制的主要措施。最后,针对激光增材制造沉淀强化镍基高温合金热裂纹研究中存在的问题,提出了进一步研究和发展的建议,为实现无裂纹镍基高温合金的增材制造提供了参考。     

电子束熔丝沉积快速成形2319铝合金的微观组织与力学性能EI北大核心CSCD

选用直径2 mm的2319铝合金丝材进行电子束熔丝沉积快速成形,制备出尺寸为150 mm×35 mm×52 mm的打印样品。研究了样品在不同方向上的微观组织与力学性能。结果表明,通过控制电子束增材制造的参数,可获得致密无宏观缺陷的块体材料,其致密度可达到99.3%。打印态2319铝合金的平均晶粒尺寸小于10 mm,并含有初晶Al2Cu相、细小析出相和粗大杂质相。样品中存在少量的微小孔洞,其尺寸为5～15 mm。样品在长、宽、高3个方向的拉伸强度分别约为161、174和167 MPa。经T6处理后,粗大相基本熔解,析出尺寸更细小、分布更均匀的沉淀强化相,孔洞尺寸有所增大。由于沉淀强化起了主导作用,T6处理后样品力学性能显著提高,3个方向的拉伸强度分别提高到约423、495和421 MPa。     

电弧微铸锻复合增材制造GH4169D高温合金的显微组织与力学性能

GH4169D合金作为一种新型的高力学性能和高稳定性的镍基高温合金,在用于制造高性能复杂结构零件方面具有巨大应用价值,但该合金在电弧增材制造中表现出柱状晶粗大、力学性能各向异性等问题。本工作采用电弧微铸锻复合增材制造(hybrid arc and micro-rolling additive manufacturing,HARAM)技术成形GH4169D高温合金试块,并制定多种热处理制度对所成形的试块进行热处理。运用OM、SEM、EBSD、EDS、XRD、TEM等手段以及室温拉伸实验对合金的微观组织和力学性能进行观测和分析,并与常规电弧熔丝增材制造(wire and arc additive manufacturing,WAAM)方法成形的GH4169D合金进行对比。结果表明,HARAM技术中同步轧制的“微锻”作用能有效地使合金原本粗大的柱状晶发生“破碎”。与常规WAAM方法相比,采用HARAM技术所成形合金的室温抗拉强度提高(X向提高48 MPa,Z向提高90 MPa),力学性能的各向异性得到有效抑制。均匀化+固溶+双时效热处理有效消除了HARAM技术成形合金中的Laves偏析相,并...