304L不锈钢粉末选择性激光熔化成形的致密化与组织

采用不同的工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间隔、铺粉层厚)对304L不锈钢粉末进行了选择性激光熔化(SLM)成形实验.利用密度测试、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)对成形件的密度与微观组织进行了分析.结果表明:高的激光功率、低的扫描速度、窄的扫描间隔和低的铺粉层厚有利于成形件的致密化;304L不锈钢粉末SLM成形的致密化过程可用致密化方程表示,随着能量密度的增加,相对密度也随之增加;304L不锈钢的SLM成形过程具有较大的过冷度和冷却速度,热流方向变化复杂,晶粒沿各个方向形核生长,且生长又不断被抑制,从而形成沿各个方向错综排列的、细小的柱状晶和胞状晶组织.     

激光快速成形Inconel 718超合金拉伸力学性能研究

研究了激光快速成形Inconel 718超合金试样3个相互垂直方向的拉伸力学性能,以及热处理对激光快速成形凝固组织与3个相互垂直方向拉伸力学性能的影响。结果表明,激光快速成形Inconel 718超合金试样3个相互垂直方向的拉伸力学性能均明显低于其锻件拉伸力学性能,且表现出明显的各向异性。经过热处理的Inconel 718超合金试样,其沿沉积高度方向定向外延生长的柱状枝晶组织转变为晶粒粗大且不均匀的等轴状再结晶组织,随Laves相固溶消失及强化相γ″和γ′大量析出,3个相互垂直方向上的拉伸力学性能均大幅度提高,其中,与基板平行的两个相互垂直方向上的拉伸力学性能均达到Inconel 718超合金锻件拉伸力学性能标准,但沿成形件高度方向,出现拉伸力学性低于Inconel 718超合金锻件拉伸力学性能标准的试样。     

选区激光熔化成形316L不锈钢的显微组织结构

利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)等方法，对比研究了热轧和选区激光熔化(SLM)成形316L不锈钢水平面(X-Y面)和建造面(X-Z面)显微组织特征。结果表明，两种方法制备的316L不锈钢均主要由奥氏体相组成。与轧制合金相比，SLM制备的316L不锈钢有着更多的低角度晶界和亚晶界，位错密度更大。其中，SLM成形316L不锈钢X-Y面存在平行于(110)方向上的织构，X-Z面存在平行于(001)方向上的织构。X-Y面上晶粒取向偏离(001)方向，可能与重熔过程中复杂的热流有关；X-Z面在(001)方向上存在织构且在(001)的织构指数最大，这是因为在SLM成形过程中，晶体的生长方式与建造方向平行，且晶粒沿着(001)方向散热最快，因此晶粒沿(001)方向呈择优生长。     

激光熔覆304不锈钢微观组织研究

采用激光熔覆成形了304不锈钢,利用扫描电镜、X射线衍射及透射电镜技术,研究了熔覆层的组织形貌及相组成。结果表明：熔覆层主要由奥氏体（γ）相和FeCr（σ）相组成,σ相中Fe与Cr的原子数分数比接近1∶1;γ相呈细小、致密的枝晶状,σ相主要为长条状,宽度约为200 nm,分布在枝晶间隙处。在熔覆层快速凝固过程中,σ相从枝晶间的共晶铁素体（δ）中析出。枝晶间共晶形成的大量γ/δ界面有效降低了σ相的形核难度,同时,枝晶间Cr元素的富集促进了σ相的形成和粗化。因此,相比于不锈钢在固溶过程中析出的σ相,激光熔覆过程中析出的σ相形成时间更短,尺寸更大。     

激光快速成形TA15钛合金热处理组织及其力学性能

采用激光快速成形方法制备了TA15(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)钛合金厚壁件,研究了不同退火温度对激光快速成形TA15钛合金组织和室温拉伸力学性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,粗大β晶内的初生α相板条体积分数减少,而β转变组织体积分数增加,且β转变组织形貌由板条状(β)→层片状(α+β)→细层片状(α+β)转变。力学测试结果表明,经940 ℃/1 h,空冷热处理后,激光快速成形TA15钛合金室温拉伸力学性能达到最优;而当退火温度大于等于970 ℃时,其室温拉伸力学性能大幅度降低,拉伸断口扫描电镜(SEM)照片表明,室温拉伸断裂为脆性断裂。     

Fe314合金粉末激光快速成形组织与力学性能分析

利用Fe314合金粉末在45构,观察了不同成形区域的金相组织,并分析了成形件的力学性能.结果显示,在组织方面,成形体内部各层呈梯子形交错叠加分布,晶体组织以细小致密的等轴晶为主,在底部分布着少量平面晶和粗大柱状晶;在力学性能方面,由于成形体组成相为奥氏体,故整体硬度较低,但塑性、韧性较好.在内部最大残余应力690 MPa情况下未出现微裂纹,表明利用Fe314合金粉末激光快速成形的构件具有良好的抗开裂性能.     

扫描顺序对激光熔覆304钢组织和性能的影响

为了研究预置送粉激光熔覆304不锈钢的组织和力学性能,在27SiMn钢表面进行了预置送粉的多层累加激光熔覆实验,并根据激光扫描的先后顺序将所得到的熔覆层材料划分为四个区域。对比分析了四个区域的材料的显微组织,力学性能和拉伸断口形貌。结果表明,激光熔覆304不锈钢的显微组织表现出了定向凝固的特征,晶粒多为柱状晶,后熔覆区域的晶粒相对于先熔覆区域较为粗大。拉伸试验结果表明,后熔覆区域的拉伸性能相对于先熔覆区域较差。拉伸断口形貌表明,激光熔覆304不锈钢试样主要表现为韧性断裂,局部表现为脆性解理断裂,在断口处有夹杂现象,且夹杂现象主要出现在后熔覆区域,通过能谱分析发现夹杂物主要为金属氧化物。     

2Cr13不锈钢粉末激光直接堆积成形的组织与性能研究

为说明激光直接金属堆积(DMD)成形件的组织与性能特点,进行了2Cr13不锈钢粉末的直接成形实验研究.检测了不同工艺参数组合下单道熔覆、多道搭接和多层堆积的显微组织形貌,测试了2Cr13零件的硬度、耐磨损、拉伸和残余应力等性能.研究表明,单道熔覆的典型组织有柱状、胞状枝晶和等轴晶三种,其相互转化由温度梯度和凝同速率所决定;由于粉末实时供给,搭接区与预置熔覆有很大不同;多层堆积枝晶生长表现出一定倾斜性,受扫描方式影响较大;不同工艺参数下,熔覆层平均硬度为300～550 HV0.2;当组织为细化的树枝晶时,成形件耐磨损件能可比涮质态2Cr13提高一倍以上;成形件的平均抗拉强度比调质态2Cr13提高30%;直薄壁墙零件不同位置处残余应力不同,但残余应力水平较低.     

激光快速成形316L不锈钢残余应力分布

本文采用钻孔法对316L不锈钢激光快速成形薄板二维残余应力分布进行了实验研究。研究结果表明,平行于激光扫描方向的残余应力σy,在整个熔覆高度上以拉应力作用为主,在靠近基材一侧为较大的拉应力,当到达一定的熔覆高度后,随着熔覆层的进一步增加,开始有所回落,并逐渐稳定下来,保持较低的拉应力状态;垂直于激光扫描方向的残余应力σz,基本表现为拉应力,数值相对较小,随着熔覆层的增加,拉应力数值逐渐减小,有改变为压应力的趋势。     

304L不锈钢扫描激光搭接焊熔池流动与焊缝成形研究

针对MARK III型液化天然气(LNG)船围护系统中的304L不锈钢波纹板搭接接头进行了圆形扫描激光焊接工艺研究。对于圆形扫描激光焊接的搭接接头,其下板焊缝边缘存在咬边,且在较大扫描幅度和较高扫描频率下咬边现象尤其明显。通过高速摄影发现,焊接过程中圆形扫描轨迹内部存在未熔化区域。激光斑点除自身的扫描运动外还叠加了沿焊接方向的移动,随着扫描路径的重复叠加,在扫描激光焊接熔池的内部,未熔化区域逐渐减小,最终达到稳定状态。当扫描幅度或频率提高时,单位长度母材吸收的激光能量减小,熔池温度降低,当前扫描周期下形成的熔池前沿快速凝固,从而导致未熔化区尺寸无法进一步缩小。当扫描幅度降至1.5 mm或者扫描频率降至50 Hz时,未熔化区域较小甚至完全消失,咬边现象也随之消失。     

激光立体成形17-4 PH不锈钢组织性能研究

对激光立体成形17-4 PH(0Cr17Ni4Cu4Nb)沉淀硬化不锈钢沉积区热处理前后的组织和常规力学性能进行了研究。光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)结果表明,沉积态组织主要由板条状马氏体和分布于其上和板条间少量的第二相强化质点组成。根据合金特性,推测马氏体基体上弥散析出的第二相强化质点应该为M7C3及NbC型碳化物等。靠近基材处的沉积态组织以细长的板条状淬火马氏体为主;远离基材的沉积态组织则变成粗大的板条状马氏体。沉积态试样经过固溶时效处理后,组织变为细小均匀的板条状回火马氏体,并且基体上析出了更多的第二相强化质点,这类强化质点推测应为NbC型以及M7C3,M23C6型碳化物。成形件经过热处理后,强度、硬度略微提高,而塑性则显著增加。并且其抗拉强度和塑性均高于锻棒标准,屈服强度则略低于锻棒标准。热处理前后成形件拉伸断裂均属于韧性断裂,其中M7C3型碳化物等形成的第二相质点是微观空穴和韧窝形成之源。     

激光冲击处理304不锈钢表面的形貌特征及其机理分析

为了研究激光冲击强化(LSP)过程中冲击波柔性加载条件下靶材的表面形貌与变形机理的联系,采用短脉冲强激光对304奥氏体不锈钢表面进行LSP处理,在没有对材料表面进行腐蚀的条件下,利用光学显微镜直接观察了LSP处理后材料的表面,并分析了其表面形貌特征与形成机理。研究发现,表面形貌呈现了多晶面心立方(FCC)金属的塑性变形特征,所浮现的形变组织能够直接反映材料在冲击波加载下的变形机制。实验结果表明,激光冲击后材料的表面形貌与塑性变形机制具有对应关系,这为LSP处理的变形机理的研究提供了一种新的实验方法。     

激光熔覆成形316L不锈钢组织的特征与性能

对316L不锈钢进行了多层激光熔覆成形试验，采用光学显微镜（OM），扫描电子显微镜（SEM）和电子探针显微分析（EPMA）等手段对其微观组织特征和性能进行了分析测试，揭示了激光熔覆成形316L不锈钢组织形成的规律和机理，获得了无裂纹、无气孔等缺陷的致密熔覆成形组织。熔覆层内部主要由垂直于界面外延生长的柱状树枝晶和平行于扫描方向的转向枝晶组成，枝晶沿着与最大温度梯度最接近的（100）方向择优生长。结果表明，熔覆层成分均匀，稀释率小，与基体呈冶金结合，抗拉强度大大超过传统成形方法加工的材料，且具有较好的塑性。     

高温合金-不锈钢异种金属光纤激光焊接试验研究

采用光纤激光对GH3128与304不锈钢进行对接焊,研究了焊接速度、激光作用位置等工艺参数对焊缝成形及接头力学性能的影响规律。结果表明:通过工艺参数优化,可以获得无气孔、裂纹等缺陷的焊接接头。焊接速度较低时,焊缝上下部的熔宽较大,随焊接速度的提高,焊缝下部的熔宽减小到与中部相当,随激光作用位置向不锈钢侧靠近,接头强度和延伸率降低。当激光作用于GH3128侧,在焊接速度小于2m/min时,焊接接头拉伸试验时断于304不锈钢母材:当焊接速度为3m/min时,焊缝存在未熔合,接头强度仅为母材的37%。     

激光快速成形Rene 80高温合金组织及裂纹形成机理

研究了激光快速成形(LRF)Rene 80高温合金厚壁件的凝固组织和裂纹的形成机理。结果表明,激光快速成形Rene 80高温合金的凝固组织为与沉积高度方向平行的定向凝固枝晶组织,由于凝固偏析,MC型碳化物和γ-γ′共晶组织分布于定向凝固组织的枝晶间区域。激光快速成形Rene 80高温合金厚壁件含有许多长度大于10mm,扩展方向与沉积高度方向平行的宏观裂纹。分析表明,这些裂纹为液化裂纹,其形成原因为:激光快速成形时,紧邻激光熔池的热影响区(HAZ)内沿晶界分布的低熔点γ-γ′共晶组织发生熔化,形成热影响区内沿晶界扩展的晶界液相,在热影响区冷却过程中,由于热影响区内固相的收缩应力作用,沿晶界扩展的固-液界面被撕开,从而导致液化裂纹的产生。     

激光快速成形技术制作纯钛基底冠

为了探索应用激光快速成形(LRF)技术制作纯钛基底冠的可行性,通过激光扫描测量模拟了基牙的铝合金代型并三维重建其数字化外形,采用计算机辅助设计了基底冠。通过正交实验优化基底冠加工参数,将基底冠数据与加工参数导入快速成形系统加工10个纯钛基底冠。将完成的纯钛基底冠在铝合金代型上就位粘接,进行边缘适合性检测,评估加工精度。得到激光快速成形技术可以进行纯钛基底冠的加工,边缘适合性检测结果表明10个基底冠的各点间隙大小与临床120μm可接受的标准相比,均显著小于120μm。     

双面超薄不锈钢复合板激光焊接接头组织性能研究

以高Cr、Ni合金粉为填加材料,采用Nd∶YAG脉冲激光对0.1 mm+0.8 mm+0.1 mm双面超薄不锈钢复合板进行对接焊,对焊接接头的组织、抗拉强度、焊缝区显微硬度以及焊缝表面耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,激光焊接的表面成形性好、变形小、无缺陷,焊缝金属与覆层不锈钢及基层碳钢连接良好;焊缝中心为晶粒取向不规律的细小等轴晶,其他区域为柱状晶,几乎看不到热影响区,焊缝表面为奥氏体+少量铁素体+少量马氏体组织;焊接接头的抗拉强度达到了母材的92%,伸长率为母材的25%;焊缝区显微硬度与母材相比有显著提高;不锈钢复合板焊缝表面和母材覆层抗电化学腐蚀性能接近。     

激光冲击奥氏体不锈钢表面的亚结构变化

采用高能短脉宽激光冲击加载技术(LSP)，利用扫描电子显微镜(SEM)，X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等手段，研究了在激光诱导的超高应变率和高于材料动态屈服强度冲击加载条件下，2Cr17Mn15Ni2N奥氏体不锈钢表面亚结构的转变特征和机制。结果表明，冲击区表面结晶度降低，形成大小为0．1～0．5μm的等轴亚晶区以及规则排列的龟裂区；表面硬度显著增加，形变层深0．25mm；此外，在冲击区表层观察到形变滞后退火孪晶、显微带、位错胞、条形亚晶、滑移型层错等亚结构，未发现形变孪晶和ε(α)马氏体相。分析认为，激光诱导的超高应变率是产生奥氏体不锈钢表面特殊亚结构的主要原因。