选区激光熔化24CrNiMoY合金钢组织演化与力学性能

目的 为了获取具有高抗拉强度与高伸长率的24CrNiMoY合金钢,用选区激光沉积(SLM)方法进行打印。方法 以24CrNiMoY合金钢粉末为材料,当搭接宽度为0.09 mm、扫描角度为67°、扫描线长度为10 mm、扫描速度为1 000 mm/s时,在能量密度分别为102、116、129、142 J/mm³条件下打印合金钢样品,采用金相、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜及拉伸试验等分析手段,对制备样品的微观组织和力学性能进行研究。结果 在所采用的能量密度范围内,SLM制备24CrNiMoY合金钢的显微组织主要是板条马氏体组织,随着能量密度的增加,样品内部的气孔缺陷先减少后增加,硬度和拉伸性能以及冲击韧性呈现先升高后降低的趋势。在能量密度为116 J/mm³时,打印合金钢样品具有最优的综合力学性能,致密度为99.53%,硬度为(388±5.9)HV0.2,抗拉强度为(1 210±11) MPa,屈服强度为(1 124±10) MPa,断后伸长率为(6.2±0.4)%,冲击韧性为80 J/cm²。结论 在SLM打印24CrNIMoY合金钢样品中,较高的致密度及精细的板条马氏体是合金钢样品具有良好力学性能的关键要素,该研究可为SLM打印高抗拉强度与高伸长率的24CrNiMoY合金钢制动盘零件提供重要参考。     

纳米WC增强选区激光熔化AlSi10Mg显微组织与力学性能EI北大核心CSCD

为了进一步增强选区激光熔化(SLM)成型AlSi10Mg合金的性能,采用物理混合方法混合纳米WC与AlSi10Mg得到WC质量分数为0.1%的WC/AlSi10Mg复合材料,利用选区激光熔化成型机制备试样块。通过对比同种工艺制备的AlSi10Mg试样,探究纳米WC对其微观组织形成、演变规律及其组织对力学性能的影响。结果显示,WC/AlSi10Mg粉末球形度好,粒度分布集中在20~60μm。WC/AlSi10Mg试样致密度达到99%以上,硬度约为158.89HV,相比AlSi10Mg试样增加了14.58%。WC/AlSi10Mg试样组织生长均匀、致密,有明显的熔池线。晶粒内部为α-Al基体,边界为夹杂着WC的共晶Si相。WC/AlSi10Mg试样屈服强度达到337.75 MPa,抗拉强度高达514.00 MPa,伸长率为3.78%,相比同种工艺AlSi10Mg试样分别增加了4.73%,6.25%和35.97%。因此,SLM成型WC/AlSi10Mg纳米复合材料零件相比AlSi10Mg零件具有更好的应用前景。     

Al含量对选区激光熔化Al_(x)CoCrFeNi(x=0.3,0.5,0.7,1.0)的显微组织及纳米压痕的影响EI北大核心CSCD

采用气雾化法制备预合金粉末,通过选区激光熔化(selective laser melting,SLM)制备Al_(x)CoCrFeNi(x=0.3,0.5,0.7,1.0)高熵合金。通过X射线衍射仪、扫描电镜以及纳米压痕实验,综合分析Al_(x)CoCrFeNi的物相、微观组织、硬度、杨氏模量及蠕变曲线,探讨Al含量对Al_(x)CoCrFeNi显微组织及纳米压痕的影响。结果表明:Al含量对物相组织有显著影响,其中Al_(0.3)CoCrFeNi与Al_(0.5)CoCrFeNi为FCC结构,Al_(0.7)CoCrFeNi和Al_(1.0)CoCrFeNi为BCC/B2结构。Al_(0.3)CoCrFeNi和Al_(0.5)CoCrFeNi主要由等轴晶组成,Al_(0.7)CoCrFeNi和Al_(1.0)CoCrFeNi主要由柱状晶组成。随Al含量增加,孔隙及裂纹等缺陷增加。在Al_(0.3)CoCrFeNi和Al_(0.5)CoCrFeNi中没有观察到明显的熔池形貌。随Al含量增加,样品残余应力增加。随Al含量增加,硬度增加,由Al_(0.3)CoCrFeNi的447HV增加至Al_(1.0)CoCrFeNi的567HV。Al_(0.3)CoCrFeNi杨氏模量约为273 GPa,Al_(0.5)CoCrFeNi约为233 GPa,Al_(0.7)CoCrFeNi和Al_(1.0)CoCrFeNi杨氏模量相近,分别为240 GPa和242 GPa,硬度与杨氏模量的变化主要与组织及物相有关。与传统蠕变曲线不同,Al_(x)CoCrFeNi的纳米压痕蠕变曲线只包括瞬时蠕变和稳态蠕变两个阶段,其蠕变机制主要为位错蠕变,其中Al_(0.7)CoCrFeNi具有最好的抗蠕变性能。Al_(0.3)CoCrFeNi具有最好的打印成形性,其屈服强度为702 MPa,伸长率为27.5%。     

激光选区熔化纳米SiC/AlSi7Mg复合材料微观组织及力学性能EI北大核心CSCD

采用机械混合法制备纳米SiC/AlSi7Mg混合粉末,利用激光选区熔化技术(selective laser melting,SLM)成形纳米SiC颗粒增强AlSi7Mg复合材料,观察和分析试样的相对密度、物相和微观组织,并测试材料的硬度和拉伸性能。结果表明:SLM成形纳米SiC/AlSi7Mg复合材料试样的相对密度随着扫描速度和扫描间距的增大均呈现先增加后减少的趋势,相对密度最高可达99.75%;试样微观组织与SLM成形铝合金相似,Si相呈网状结构均匀嵌入α-Al基体中,且在Al基体中存在与Si分布相似的纳米SiC团聚物及Mg_(2)Si相;与AlSi7Mg相比,复合材料微观组织由柱状晶转化为等轴晶,且晶粒明显细化(平均晶粒尺寸为1.36μm);由于SiC的加入,产生细晶强化和固溶强化,试样的硬度和强度均明显提高,硬度最高达到137.3HV,抗拉强度达到448.3 MPa,屈服强度达到334.7 MPa,但伸长率下降至3.9%,断裂模式主要为脆性断裂。     

退火处理对激光沉积制造TC4钛合金组织及力学性能影响EI北大核心CSCD

以TC4球形粉末为原料,采用激光沉积制造技术制备TC4钛合金厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等方法研究了退火处理对激光沉积制造TC4显微组织及力学性能的影响。结果表明:试样经α+β两相区退火处理后,显微组织为网篮组织,经β单相区退火后,组织转变为魏氏组织;退火试样力学性能仍存在各向异性:Z向试样强度较低,塑性较好,而XY向试样强度高,塑性较差,退火温度对试样的各向异性具有明显影响;XY向试样拉伸性能存在较明显的分散性;α+β两相区退火处理后两个方向上均为韧性断裂,β单相区退火处理后试样强度与塑性大幅下降,且XY向试样为脆性断裂。     

熔体自生陶瓷激光直接能量沉积增材制造研究进展EI北大核心CSCD

熔体自生陶瓷是一种原料经熔化凝固获得组织组成的新型陶瓷材料,原子共用的洁净高强度结合界面使其具有接近熔点的优异高温力学性能及组织稳定性,在未来高推重比航空发动机及重型燃气轮机热端部件领域展现了巨大的应用潜力。激光直接能量沉积技术能够有效克服熔体自生陶瓷传统制备方法在周期、能耗及结构复杂度等方面的局限,为直接增材制造熔体自生陶瓷构件提供了新的解决方案,成为国内外研究热点。本文在介绍激光直接能量沉积技术工艺原理的基础上,总结了国内外利用该技术制备的不同熔体自生陶瓷的微观组织特征及其主要力学性能,并综合论述了目前针对微观组织及开裂行为调控所开展的主要研究。基于现有研究进展,对该领域的发展趋势和需要进一步解决的关键科学问题进行了探讨,指出抑制开裂与改善组织性能是目前面临的首要问题,材料和新工艺的发展是突破现有瓶颈、推动熔体自生陶瓷激光直接能量沉积技术发展和应用的关键。     

选区激光熔化用高强合金钢粉末制备及其成形性研究

目的 研究真空感应熔炼气雾化法(VIGA)制备球形24CrNiMoY高强钢粉末并验证其激光3D打印性能。方法 阐明不同雾化气压对粉末形貌、流动性等粉体特征的影响,分析选区激光熔化技术快速成形合金钢样品的微观组织和力学性能。结果 在9.0 MPa雾化气压下制备的粉末球形度最佳,粉末松装密度达到4.89 g/cm³,流动性能为21.4 s/(50 g),粉末含氧量0.023%,空心球率＜3%,粉末的微观组织主要是马氏体。经过激光工艺参数调控,SLM成形合金钢试样的激光熔池内存在两个明显不同的微区:激光熔化区(LMZ)和热影响区(HAZ)。LMZ主要是马氏体组织,HAZ主要为下贝氏体组织。合金钢试样的平均显微硬度为(402±5.7)HV0.2,其抗拉强度达到(1 246±12) MPa,断后伸长率为(11.6±0.5)%。结论 VIGA方法制备的 24CrNiMoY高强钢粉末满足SLM技术使用要求,具有良好的激光3D打印成形性。     

热处理对激光选区熔化成型高速钢组织和力学性能的影响EI北大核心CSCD

基于激光选区熔化(selective laser melting,SLM)技术,采用加热打印基板和低功率慢扫描的打印策略,制备了近全致密、低缺陷的高速钢样品;对比分析了固溶淬火及1~4次高温回火等热处理工艺对高速钢显微组织及力学性能的影响。结果表明:SLM极高的熔融/冷却速率产生了细晶奥氏体组织,解决了高速钢中常见的粗大莱氏体组织和网状碳化物问题。固溶淬火处理后高速钢组织由马氏体和残余奥氏体组成。随后在数次高温回火过程中,高速钢逐渐向回火马氏体转变,并析出大量微米级和纳米级MC型碳化物。在马氏体相变强化和MC型碳化物沉淀强化作用下,固溶淬火+3次回火的Tempered-Ⅲ样品硬度60HRC,抗弯强度3621 MPa,弯曲断裂应变为10.1%,获得硬度、强度和韧性匹配较佳的综合性能。继续增加回火次数则导致部分碳化物长大,使得高速钢弯曲断裂应变有所降低。通过SLM技术结合固溶淬火+高温回火,能够充分发挥细晶强化、相变强化和沉淀强化效果,为高强高韧复杂形状高速钢零件的快速制备提供了新途径。     

激光选区熔化成形含钛6061铝合金的显微组织与力学性能EI北大核心

激光选区熔化(selective laser melting,SLM)成形6061铝合金易形成粗大的柱状晶和热裂纹。采用低能球磨组装修饰法制备TiH_(2)/AA6061铝基复合粉末,采用激光选区熔化技术制备含钛6061铝合金试样,分析不同TiH_(2)添加量对试样显微组织和力学性能的影响。结果表明:添加1%TiH_(2)(质量分数,下同)即可使合金熔池边界形成连续的等轴晶区,平均晶粒尺寸从59.8μm减小到2.53μm,粗大的柱状晶粒和裂纹被抑制,添加1.5%TiH_(2)时,SLM试样的粗大柱状晶组织绝大部分消失。显微组织转变归因于Ti元素增强成分过冷以及原位反应形成L12-Al_(3)Ti形核质点,该质点与铝基体形成共格界面,具有较强的异质形核作用,显著促进Al基体柱状晶向等轴晶转变及晶粒细化。经激光选区熔化成形后,添加1%TiH_(2)的试样抗拉强度为274 MPa,屈服强度为238 MPa,断后伸长率为18%。     

激光熔化沉积铝合金显微组织及力学性能

目的 提高激光熔化沉积铝合金的成形质量。方法 以颗粒度45~105 μm的AlSi10Mg粉末为材料,4045铝合金为基板,利用激光熔化沉积设备在充氩舱内进行铝合金成形试验。测试试样的硬度和拉伸性能,并通过扫描电子显微镜和光学显微镜进行显微组织形貌分析。结果 在沉积方向上,试样显微组织呈现周期性条带状纹路,搭接区域呈现出比较明显的弧形特征;含有大量的细密树枝晶。该合金相成分主要包括:Al相、共晶Si相及少量的Mg2Si强化相。沿扫描方向,试样平均硬度值约为130HV;沿沉积方向,试样平均硬度值约为100HV;沉积态试样的屈服强度约为185.75 MPa,伸长率约为15.21%;沉积态试样拉伸性能明显优于压铸试样;该铝合金的失效形式为韧性断裂。结论 AlSi10Mg在激光熔化沉积时具有良好的成形能力,沉积态的组织强度高于铸态组织强度。     

激光增材制造高温合金原位增强钛合金复合材料的组织与力学性能

采用激光选区熔化成形（selective laser melting,SLM）技术制备TCGH(TC4+GH4169)复合材料,探究TCGH钛合金复合材料的最佳成形工艺参数,并研究沉积态试样和热处理试样的显微组织与力学性能。结果表明：TCGH钛合金复合材料的最佳工艺参数为扫描速率900 mm/s、激光功率150 W,致密度达到99.5%以上。GH4169粉末的添加改变了TC4钛合金材料的固态相变行为,沉积态组织呈现明显高温凝固特征,使得逐行扫描搭接和逐层扫描堆积成形特征变得明显,沿打印方向原始粗大柱状β晶粒尺寸明显减小,复合材料抗拉强度提升。与沉积态试样相比,950℃热处理后,试样显微组织转变为近等轴组织,同时随着热处理温度上升,第二相的回溶导致复合材料的固溶强化作用占主导地位,使得复合材料抗拉强度和塑性均得到提升。     

选区激光熔化成型GH3536合金的显微组织与拉伸性能

采用选区激光熔化(SLM)成型技术制备了GH3536合金试样,并对其显微组织与拉伸性能进行了分析。结果表明:SLM成型GH3536合金试样的基体显微组织为奥氏体,试样内部存在明显的微裂纹,纵向和横向的显微组织形貌存在明显不同;该试样纵向的拉伸性能优于横向的,相对于热轧Hastelloy X (GH3536)合金,SLM成型GH3536合金试样的强度较好,但塑性较差。     

基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术研究进展

陶瓷以其优异的热物理化学性能在航空航天、能源、环保以及生物医疗等领域具有极大的应用潜力。随着这些领域相关技术的快速发展, 其核心零件部件外形结构设计日益复杂、内部组织逐步走向定制化、梯度化。陶瓷具有硬度高、脆性大等特点, 较难通过传统的加工成形方法实现异形结构零件的制造, 最终限制了陶瓷材料的工程应用范围。激光增材制造技术作为一种快速发展的增材制造技术, 在复杂精密陶瓷零部件的制造中具有显著优势: 无模、精度高、响应快以及周期短, 同时能够实现陶瓷零件组织结构灵活调配, 有望解决上述异形结构陶瓷零件成形问题。本文综述了多种基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术: 基于粉末床熔融的激光选区烧结和激光选区熔化; 基于定向能量沉积的激光近净成形技术。主要讨论了各类激光增材陶瓷技术的成形原理与特点, 综述了激光选区烧结技术中陶瓷坯体后处理致密化工艺以及激光选区熔化和激光近净成形技术这两种技术中所打印陶瓷坯体基体裂纹开裂行为分析及其控制方法的研究进展, 对比分析了激光选区烧结、激光选区熔化以及激光近净成形技术在成形陶瓷零件的技术特征, 最后展望了激光增材制造陶瓷技术的未来发展趋势。     

钛基复合材料激光选区熔化增材制造成形技术研究进展

钛基复合材料相对于钛合金具有更高的硬度、强度和耐磨性,可以进一步扩大钛合金在航空航天、海洋、医疗等领域的应用范围.现阶段钛基复合材料的制备方法可以分为两大类:第一,传统方法(例如熔炼和铸造).该方法存在着能耗大、成本高的问题.第二,激光选区熔化技术.该技术具有加工时间短、成形精度高、不需要制备模具的优点,但在加工过程中还存在着容易球化、开裂、降低成形件塑性等缺点.本文综述了当前国内外钛基复合材料的研究进展,包括增强体以及工艺参数调控对显微组织、成形质量及性能的影响,并结合现阶段研究现状对后续发展方向进行一定的讨论和展望.     

激光选区熔化颗粒增强钛基复合材料的抗压性能EI北大核心CSCD

采用激光选区熔化(selective laser melting,SLM)制备LaB_(6)颗粒增强钛基复合材料,研究不同激光能量密度下试样的致密化行为、显微组织、物相及其在准静态和动态冲击条件下的力学性能。结果表明:LaB_(6)颗粒的加入在一定程度上改变了材料的致密化行为,过高或者过低的激光能量密度均会降低试样的致密度。而增强颗粒的加入细化了基体材料的晶粒,钛合金的初始β晶粒及针状α晶粒的晶界有一定程度的弱化,从而导致复合材料的屈服强度和极限强度增加,但延展性降低,同时复合材料表现出明显的应变率强化效应。与SLM成型Ti-6Al-4V合金相比,复合材料在塑性段的应变硬化效应和失稳阶段的脆性断裂特征更显著,为激光增材制造高性能颗粒增强钛基复合材料的动态抗压性能优化提供理论基础。     

激光选区熔化增材制造吸收率的研究进展

在研究激光选区熔化增材制造过程中材料吸收率是一个具有科学和实际意义的问题,它不仅是工艺过程精确性仿真的前提条件,而且为所选用的金属粉末材料定义一组工艺条件,使其更适合于激光选区熔化成形。本文首先介绍了激光与粉末床相互作用机理,然后总结了激光选区熔化过程中吸收率的常用测量方法,并在此基础上综述了国内外学者运用不同方法研究吸收率的进展和比较分析了各种方法的特点及测量时的注意事项。此外,重点对可能影响吸收率的因素进行了详细分类和阐述。最后就当前的研究进展及所面临的主要问题进行归纳总结,对未来吸收率的研究进行了展望。     

高性能梯度功能材料激光增材制造研究现状及展望EI北大核心CSCD

在高性能梯度功能材料的制造方法中,激光增材制造技术可通过精确控制两种或多种材料粉末的输送和相应的工艺来实现材料组织和性能的梯度分布,为高性能梯度功能材料的制备提供一种更为便捷高效的新途径。本文介绍了高性能梯度功能材料激光增材制造的基本原理及分类,总结了国内外采用激光增材制造技术制备高性能梯度功能材料方面的研究进展,提出了该研究领域在材料选择、工艺优化、过程监控等方面的不足,并对其以后的研究方向,如建立标准体系、深入理论研究及研制新型制造系统等进行展望,为高性能梯度功能材料激光增材制造提供指导。     

电子束选区熔化成形Ti_(2)AlNb合金微观组织与性能EI北大核心CSCD

Ti_(2)AlNb基合金由于具有优异的高温比强度、高温抗蠕变性能和较高的断裂韧度,因而被认为是替代传统镍基高温合金最具潜力的材料。采用电子束选区熔化(selective electron beam melting,SEBM)技术成形Ti-22Al-25Nb合金,通过工艺优化获得高致密度(5.42-5.43 g/cm^(3))的成形试样。研究了沉积态和热等静压(hot isostatic pressing,HIP)态试样的显微组织演变、物相演变及其对力学性能的影响。结果表明:沉积态和HIP态组织呈现出沿成形方向的柱状晶结构,且均由B2,O和α_(2)相组成,沉积态试样中的O/α_(2)相自上而下逐渐增加,HIP后组织趋于均匀化,且相对沉积态,析出相的宽度缩小、数量减少。沉积态试样中析出相较多的下部区域具有更高的显微硬度((345.87±5.09)HV),HIP后试样硬度值增加至388.91-390.48HV。沉积态试样室温抗拉强度和伸长率分别为(1061±23.71)MPa和(3.67±1.15)%,HIP后抗拉强度增加至(1101±23.07)MPa,伸长率降低至3.5%。     

异步累积叠轧纯铜材的取向变化过程与力学性能EI北大核心CSCD

室温下对纯铜薄板进行一到六道次的异步累积叠轧变形加工。采用金相显微镜、扫描电镜附带背散射电子衍射、X射线衍射仪附带织构附件及拉伸试验机进行组织、取向观察及力学性能测试,获得铜材异步叠轧过程的显微组织、轧制织构变化过程和力学性能。结果表明:经过六道次的异步累积叠轧变形,由于压缩变形与剪切变形作用,使晶粒细化,铜材晶粒尺寸由30～50μm细化到5μm。异步叠轧过程中出现:{112}〈111〉,{123}〈634〉,{011}〈211〉和{011}〈100〉几种主要组分轧制织构。材料的屈服强度与抗拉强度明显提高,六道次后分别达到348MPa和452MPa。材料的伸长率在二道次后显著下降到2.3%,然后随等效应变的增加略微下降。