SLM激光快速成型金属零件的组织及力学性能分析

为了对SLM快速成型不锈钢零件的组织及力学性能进行分析与研究,用SLM制备了拉伸试样进行拉伸试验,对其断口进行电镜扫描,分析其断裂特点;利用SLM设备制备了金属立体,进行显微硬度的测试、金相组织分析。实验结果表明:SLM快速成型金属件具有良好的拉伸性能、拉伸试样为韧性断裂;零件内部具有良好的致密性、晶粒细小,显微硬度高于一般奥氏体不锈钢;内部组织结构均匀,具有定向凝固特征;成型件物相主要以奥氏体存在。SLM成型金属件具有良好的组织特性及力学性能,能够满足实际使用的要求。     

316L不锈钢增材成型件小孔钻削试验研究

为研究316L不锈钢增材成型件的制备并改善其小孔钻削工艺性,以316L不锈钢粉末为增材成型材料,采用激光熔覆技术在45钢表面制备得到了316L不锈钢增材成型件;利用光学显微镜观察分析了试件熔覆层截面显微组织,使用显微硬度计测试了熔覆层的显微硬度;搭建了钻削试验平台,采用单因素试验与正交试验相结合的试验方案,对传统工艺获得的316L不锈钢板材与316L不锈钢增材成型件进行了钻削对比试验;探究了钻削工艺参数对增材成型件钻削性能的影响规律以及最优的钻削工艺参数组合。结果发现,通过激光熔覆增材制造技术制备得到的316L增材成型件表面平整光滑,熔覆层与基体之间呈良好的冶金结合,熔覆层的硬度为570HV～610HV,是传统工艺获得的316L不锈钢板材硬度(约为200HV～300HV)的2倍左右; 316L不锈钢增材成型件的钻削轴向力远小于传统工艺获得的316L不锈钢板材的钻削轴向力。激光熔覆增材制造技术能显著提高材料硬度并改善其切削加工性能。     

选区激光熔化工艺参数对燃料电池316L不锈钢双极板性能的影响

316L不锈钢材料具有耐蚀性好、成形性好、成本低等优点,在燃料电池金属双极板领域有着良好的应用前景.基于传统等材、减材加工方法难以成形复杂结构燃料电池双极板的瓶颈,使用选区激光熔化技术可实现复杂结构316L不锈钢双极板的成形制造.针对燃料电池不锈钢金属双极板的应用背景,系统研究了不同激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度)对所成形316L不锈钢材料微观组织及双极板所需耐蚀性和表面接触电阻的影响,并对比了传统锻造316L不锈钢与选区激光熔化316L不锈钢在显微组织和性能上的差异.结果 表明,选区激光熔化成形316L不锈钢的致密度随着激光功率的增大而增大,随着扫描速度的增大而减少,并在激光功率为300W,扫描速度为1500～2000 mm/s时达到最大值.相比于具有等轴晶特征的锻造不锈钢试样,选区激光熔化成形不锈钢试样柱状晶组织有利于降低晶界对电流的阻碍作用,从而降低了表面接触电阻;同时,随着样品表面粗糙度的提高,选区激光熔化成形不锈钢试样的表面接触电阻降低.致密度高的选区激光熔化成形不锈钢试样的耐蚀性优于锻造成形不锈钢试样,且随着致密度的减小,选区激光熔化成形试样的耐蚀性逐渐降低.本研究结果表明选区激光熔化成形316L不锈钢材料可用于燃料电池金属双极板.     

离焦量对3D打印316L不锈钢表面性能的影响

采用3D金属打印机制备316L不锈钢试样,研究了不同离焦量对3D打印316L不锈钢试样的表面形貌、粗糙度、应力、硬度以及成分等表面性能的影响。结果表明,随着离焦量先从-15～-3 mm逐渐减小再从3～15 mm逐渐增大,316L不锈钢试样表面未熔化粉末颗粒均减少,熔覆条带先变窄后变宽;粗糙度值和压应力均呈现先变小后变大趋势。离焦量为-3 mm时,316L不锈钢试样表面性能最好,粉末颗粒熔化充分,粗糙度值最小,硬度最大,分别约为R_a7.06μm和249 HV_(0.05)。     

激光3D打印制备多孔结构不锈钢的组织及压缩性能研究

采用316L不锈钢粉末基于激光3D打印技术(Laser 3D printing,L3DP)制备多孔结构试样与致密试样,研究其微观组织结构及压缩性能。首先对两种试样进行显微组织分析及显微硬度测量;随后进行压缩试验,获得两种试样工程应力-应变曲线并比较其压缩性能;最后利用有限元数值模拟动态再现两种试样的压缩过程,分析变形过程中金属流动与宏观工程应力-应变曲线的内在联系。结果表明:L3DP成型多孔结构不锈钢部件内部组织具有典型的层带结构,主要由沿不同方向生长的柱状晶构成,晶粒尺寸由中心白亮组织向外逐层递增,各层带成分分布均匀且显微硬度在170~190 HV之间变化;L3DP成型多孔不锈钢部件的屈服强度为380 MPa,压缩弹性模量为23.0 GPa,具有良好强塑性匹配;压缩仿真试验显示多孔结构部件内部孔隙在应力作用下逐渐弯曲,最终由流动金属压合填充,由此导致整体空间体积减小,所以相同工程应力下多孔结构部件的工程应变较大。     

激光能量密度对SLM成形316L不锈钢表面完整性的影响

采用激光选区熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术成形制备316L不锈钢试样,探索了不同激光能量密度对金属增材制造成形质量的影响规律。选取激光功率、扫描间距、扫描速度和铺粉厚度等工艺参数,设计了正交试验,分析了激光能量密度对试件侧表面的表面粗糙度、维氏硬度、致密度、残余应力及表面形貌的影响规律。结果表明,随着激光能量密度的增大,试件侧表面的表面粗糙度与维氏硬度呈现先减小后增大的趋势,致密度和残余应力呈现先增大后减小的趋势,在激光能量密度为70.37 J/mm³时试件表面质量最佳,即最优工艺参数为激光功率P=190 W,扫描速度v=750 mm/s,铺粉厚度h=0.03 mm,扫描间距d=0.12 mm。     

选择性激光熔化17-4PH合金的成形研究

对17-4 PH合金选择性激光熔化成形(SLM)热处理前后的力学性能和微观组织进行了研究,并与锻造零件进行了对比。结果表明,SLM成形方向不同和热处理对成形试样力学性能和微观组织有显著的影响。0°成形方向力学性能明显优于30°成形方向试件,热处理后SLM试件的性能有显著的提高,同等热处理条件下的SLM试件拉伸强度优于锻造件。不同成形方向成形过程中热经历的不同是引起了成形试件微观组织和力学性能之间存在差异的主要原因。缺陷对拉伸强度和屈服强度没有显著的影响,对断裂延伸率影响较大。17-4 P H SLM成形件微观组织由马氏体和奥氏体混合二重组织组成,热处理后的组织比直接沉积成形的组织更加均匀。     

碳元素含量对SLM成形316L不锈钢机械性能的影响

通过添加石墨碳粉改变SLM成形过程中316L不锈钢的碳元素含量,研究3D打印过程中不同碳含量对316L不锈钢微观结构和力学性能的影响。结果表明:随着碳含量的增加,不同碳含量的316L不锈钢的硬度也随之增加,而拉伸强度性能却随之先增大后减小。通过对断口形貌的观察发现,在低、中碳含量下的断裂状态为韧性断裂,而在高碳含量下的断裂为脆性断裂。这是由于碳元素所形成的碳化物在低含量阶段增强了不锈钢的拉伸性能,但随着碳含量增多,微裂纹所形成的缺陷逐渐起到主导地位,严重影响拉伸性能。     

不同热处理对高温合金GH4141微观组织和拉伸性能的影响

高温合金作为航空紧固件的主要原材料,其力学性能直接影响着航空装备构件的紧固性能。以GH4141高温合金为试验材料,分析不同热处理后GH4141试样的金相组织、显微硬度、力学性能和断口形貌等特征,研究结果表明了固溶温度对晶粒尺寸影响较大,且随着固溶温度的升高,显微硬度降低;热处理后试样表面形成的残余应力为压缩状态;试样在1 080℃固溶760℃时效处理后的拉伸强度最大为1 214 MPa,其拉伸断口表现出明显的析出相强化诱导的颈缩和韧窝特征。     

激光制备预压应力超高强韧马氏体层的组织与性能

针对飞机、高铁等关键承力构件大载荷重量比的需要,采用激光制备具有超高强韧马氏体成型层,改善关键承力件的力学性能以及表面应力分布。通过显微硬度计、SEM等手段分析激光成型层显微硬度、拉伸性能及断口形貌等,并研究其残余应力。实验表明:原始态试样残余压应力达到300～500 MPa,抗拉强度达1 715±35 MPa,延伸率10%±1%;300℃×2hAC试样的抗拉强度1 615±35 MPa,延伸率15%±1%;500℃×2hAC试样抗拉强度1 565±35 MPa,延伸率13%±1%。当热处理温度大于700℃时,马氏体明显分解,熔覆试样力学性能明显下降。在300M钢表面采用激光成型制备的超高强韧马氏体成型层表面平整无裂纹且致密,具有超高强度、高韧性、高硬度。     

工艺参数对选区激光熔化成形可降解纯锌相对密度及力学性能的影响

采用选区激光熔化(SLM)技术制备纯锌,研究了激光功率和扫描速度对其相对密度和力学性能的影响。结果表明:随激光功率增大或扫描速度减小,SLM成形纯锌的相对密度和硬度增大,显微组织均为平行于成形方向生长的柱状晶;SLM成形纯锌的最佳工艺参数为激光功率100 W、扫描速度300mm·s-1,所得试样的相对密度达99.86%,硬度为(44.7±1.2)HV,弹性模量、断后伸长率、抗拉强度、屈服强度分别为(48.6±2.4)GPa、(8.9±0.7)%、(95.5±3.3)MPa、(67.1±0.4)MPa。     

选择性激光熔化成形TC4钛合金开裂行为及其机理研究

裂纹是选择性激光熔化(Selective laser melting, SLM)成形Ti6-Al-4V(TC4)钛合金过程中最常见、破坏性最大的一种缺陷。采用逐行交替的扫描策略制备TC4钛合金试样,利用扫描电子显微镜及X射线能谱分析等检测方法,研究SLM成形TC4钛合金过程中裂纹的开裂行为及其形成机理。结果表明,SLM成形TC4钛合金所产生的裂纹为冷裂纹,具有典型的穿晶开裂特征。采用逐行交替扫描策略成形的TC4钛合金,其组织为网篮状马氏体组织。SLM成形过程中高温度梯度导致制件内部存在较高的残余应力,抗裂强度较差的马氏体组织在残余应力的作用下而产生裂纹,粗大的裂纹最终分解为较小的裂纹而终止扩展。进一步分析认为,通过调整成形工艺参数,可以改变制件组织,同时削弱残余应力,从而达到减弱或消除裂纹的目的。     

激光选区熔化成形铝合金的组织、性能与倾斜面成形质量

采用优化工艺参数对AlSi10Mg铝合金进行激光选区熔化(SLM)成形,对平行于和垂直于SLM成形方向的显微组织、拉伸性能、冲击性能以及相对密度进行了对比研究;分析了SLM直接成形不同倾斜角度倾斜面的成形质量。结果表明:平行于SLM成形方向的显微组织与垂直于SLM成形方向的在生长方向上存在差异性;沿垂直于SLM成形方向截取试样的平均抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、冲击功分别为364 MPa,303 MPa,6.7%,5.1J,高于平行于SLM成形方向的;当倾斜角度不大于45°时,倾斜面成形质量较好,当倾斜角度大于50°时,倾斜面下表面出现坍塌现象。     

选区激光熔化制备不同孔结构不锈钢冲击性能仿真分析

采用316L不锈钢粉末基于选区激光熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)制备压缩试样,观测其宏观组织形貌,随后进行压缩实验,获得工程应力-应变曲线及材料参数;利用ABAQUS/STANDARD有限元分析模块模拟试样压缩过程,得出仿真工程应力-应变曲线,将其与实验工程应力-应变曲线比较,验证材料参数设置准确性;最后构建规则栅格孔结构模型与交错栅格孔结构模型,利用ABAQUS/EXPLICIT有限元分析模块模拟落体冲击实验与摆锤冲击实验。结果表明:相同宏观体积条件下,基于SLM制备交错栅格孔结构不锈钢材料在落体冲击实验中对冲击能的消耗高于规则栅格孔结构部件,而在摆锤冲击实验中冲击性能差异不显著。     

GCr15轴承钢的激光热处理

采用ＧＣｒ轴承钢推力片试样，分两组分别进行激光热处理和普通热处理，两组性能对比试验结果表明，激光热处理能改善材料的组织结构，提高硬度，并残余压应力，从而提高轴承的使用寿命，文中就显微组织特征、硬度和残余应力对轴承疲劳影响进行了理论分析，附图６幅，表３个，参考文献６篇。     

含硼316不锈钢的热处理研究

为了进一步改善含硼316不锈钢的力学性能和扩大应用范围,本文借助于OM、SEM、XRD、硬度计和力学性能试验机等手段对热处理后的含硼316不锈钢的显微组织、硬度、冲击韧性和抗压强度进行了分析和研究。试验结果表明,对于含硼316不锈钢,较适合的热处理制度为：980℃固溶4 h,水冷和400℃回火6 h,空冷。经处理后,硬度提高了15%,冲击韧性提高了110%,抗压强度提高了19%。其原因是晶界上的非平衡偏聚的网状硼化物出现断网,同时基体上析出了大量的二次硼化物。     

扫描速度对选区激光熔化成形316L不锈钢微观形貌和性能的影响

采用选区激光熔化技术(SLM)在不同扫描速度(700～1 200 mm·s^-1)下成形316L不锈钢试样,研究了扫描速度对微观形貌和力学性能的影响。结果表明:随着扫描速度的增加,试样的表面粗糙度增大,内部空隙增多;试样的抗拉强度、断后伸长率和硬度先呈缓慢增加趋势,当扫描速度大于1 000 mm·s^-1时呈快速降低趋势,屈服强度一直呈降低趋势。随着扫描速度增加,试样的冲击吸收能量先保持稳定后下降,冲击断口附近的孔洞和裂纹逐渐增多,冲击断裂形式由韧脆性断裂变为脆性断裂;当扫描速度在700～800 mm·s^-1时,试样的冲击韧性最优,冲击吸收能量在58.6～60.0 J。     

不同清洗剂对三维打印性能的影响分析

应用粘结剂喷射三维打印技术制备316L不锈钢试块,通过金相组织观察、显微维氏硬度和布氏硬度测试、室温拉伸试验、抗压试验、致密度测试等,对比两种不同清洗剂对三维打印性能的影响。通过优化清洗剂配比,得到适用于316L不锈钢三维打印的清洗剂最佳配比,改善三维打印表面质量,将丢帧数控制在合理范围内。     

轧制和3D打印316L不锈钢与黄豆对磨的干摩擦磨损性能

3D打印不锈钢部件逐渐在食品机械领域得到应用,其与食品对磨的摩擦学性能需要加以关注。在干摩擦条件下,利用滑动摩擦磨损试验机,研究了黄豆试样分别与轧制和3D打印316L不锈钢配副的干摩擦磨损性能。利用光学相机、扫描电子显微镜、显微硬度计和质构仪,对不锈钢试样表面形貌、不锈钢硬度、黄豆硬度和磨损表面形貌进行了分析。结果表明：3D打印316L不锈钢与黄豆对磨时,摩擦因数的变化趋势较为平缓,第1 h和第6 h的平均摩擦因数分别为1.04和0.68;而对于轧制316L不锈钢,其磨合阶段更加剧烈,第1 h和第6 h的平均摩擦因数分别为1.70和0.46;与轧制工艺相比,3D打印316L不锈钢的耐磨性能更好,其在第1 h的磨痕宽度降低幅度达40%左右;黄豆试样的磨斑边缘和不锈钢磨痕表面均有黑色氧化物粉末出现,3D打印不锈钢磨损表面的黏着形貌和犁沟数量均显著减少;干摩擦条件下轧制316L不锈钢和黄豆配副的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损,而3D打印316L不锈钢和黄豆配副时,其磨损机制主要为磨粒磨损,这与其表面硬度更高有关。     

热处理对激光增材In718/316L功能梯度材料组织和性能的影响

研究1 080 ℃ (HT1)和980 ℃ (HT2)固溶温度的固溶双时效处理对激光定向能量沉积(Laser directed energy deposition, LDED)的In718/316L功能梯度材料(Functionally gradient material, FGM)微观组织的影响，以揭示热处理诱导的微观组织演变对In718/316L FGM硬度和拉伸性能的影响机理。结果表明，随着In718粉末含量的增加，In718/316L FGM的微观组织沿增材方向呈现由等轴晶向柱状晶的转化，固溶双时效热处理后，In718/316L FGM中的铁素体含量降低，同时在靠近In718的区域析出大量的γ′、γ″和δ强化相。HT2试样的晶粒比HT1试样的更细。随着In718粉末含量的增加，In718/316L FGM的硬度呈现出先减后增的趋势，热处理后，随着γ′和γ″等强化相的析出，In718/316L FGM的整体显微硬度、抗拉强度和塑性得到显著提高。热处理前后试样都以韧性断裂为主，但热处理后韧性特征更为显著。相比之下，HT2热处理后In718/316L FGM的强塑性配比更佳。