激光选区熔化成形TC4合金腐蚀行为

采用激光选区熔化成形技术(Selective Laser Melting,SLM)制备TC4钛合金试样,观察其显微组织,并用电化学腐蚀实验测试不同成形面以及粗糙度对TC4钛合金耐蚀性能的影响,并与传统轧制态进行对比。结果表明:成形方式、成形面和粗糙度均影响TC4钛合金的耐蚀性能。激光选区熔化成形技术制备的TC4钛合金纵截面由原始柱状β晶粒和与生长方向成±45°针状α′马氏体组成,横截面上的晶粒呈棋盘状。传统轧制态由片状α+β相以及等轴α相组成。传统轧制态的耐腐蚀性要强于SLM成形的试样,且SLM成形的纵截面的耐腐蚀性要强于横截面。表面粗糙度小的试样耐腐蚀性要强于表面粗糙度大的试样。激光选区熔化成形态试样腐蚀表面都出现明显的腐蚀坑,腐蚀形态均为点蚀。     

激光选区熔化与铸造成形TC4钛合金的力学性能分析

借助有限元模拟、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和维氏硬度仪研究了激光选区熔化和铸造成形TC4钛合金的微观组织演变及力学性能,进一步分析了不同成形条件下液态金属凝固冷却对其微观组织和力学性能的影响。结果表明:激光选区熔化与铸造成形的TC4钛合金分别为针状马氏体α'相的网篮组织、α+β相的魏氏组织。与铸造相比,激光选区熔化成形TC4钛合金具有极快的冷却速率(1.78×107℃·s~(-1))和较高的温度梯度,元素类型相同,晶体取向明显。同时,利用激光选区熔化(SLM)技术成形的TC4试样的抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度分别为1 120.83 MPa、916.31 MPa、9.5%和123.04HV,而铸造试样的抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度分别为917.67 MPa、786.23 MPa、8.0%和77.876HV。与铸造成形相比,SLM成形的TC4试样的抗拉强度、屈服强度、伸长率和硬度增大,分别提升了22.14%、16.54%、18.75%和58%,因此激光选区熔化成形的TC4试样具有较好的力学性能。     

TC4薄壁件后盖激光选区熔化技术研究

该文针对航空发动机后盖的结构特点、使用工况以及现有工艺技术瓶颈问题,提出了激光选区熔化增材制造工艺方案,并进行了大量的试验、检测及验证工作,开展了Ti6Al4V合金激光选区熔化成形的工艺验证、组织性能测试及零件尺寸检测等。研究发现,激光选区熔化成形的后盖横、纵向力学性能差别不大,远高于铸件要求。贯彻带有复杂变截面导管结构,实现后盖的激光选区熔化成形,大幅度提升后盖制造精度和符合性,解决现有后盖工艺难度大、合格率低、变形较大等问题。     

选区激光熔化成形FeCrNi中熵合金点阵结构及其力学性能

金属点阵结构材料由于其轻量化、高比强度、能量吸收和多孔性等优势,广泛应用于航空航天、汽车工业等领域。以高强韧FeCrNi中熵合金(medium entropy alloy,MEA)为研究对象,采用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术制备了具有BCC,BCCZ,FCC,FCCZ四种仿晶格结构的FeCrNi中熵合金点阵结构材料,对其显微组织、力学性能及变形行为进行了系统研究。结果表明,采用SLM技术制备的FeCrNi中熵合金点阵结构节点搭接质量高,熔池交错堆叠致密,晶粒均匀细小。在相对密度相近时,BCC,FCC,BCCZ,FCCZ点阵结构的比强度和比能量吸收值依次升高。具有FCCZ点阵结构的FeCrNi中熵合金材料的比能量吸收值达到49.8 J·g^-1,显著高于Ti6Al4V及316L不锈钢点阵材料。有限元模拟分析表明,Z型支柱的存在增加了点阵材料的表观强度和刚度,并导致变形行为由结点弯曲主导向拉轴向压缩主导转变,是FCCZ点阵结构强度提升的主要原因。     

激光选区熔化TC4钛合金高氯酸电解抛光工艺研究

以高氯酸溶液为电解液,对激光选区熔化TC4钛合金试样进行电解抛光工艺试验,研究了电流密度、时间、温度、阴极材料等相关参数对试样的粗糙度、失重率、减薄率的影响,同时,对抛光处理后试样的表面形貌进行了分析。研究结果表明,按高氯酸10m L、冰乙酸100m L、水12m L配比的混合电解液,在电流密度为(0.27~0.37)A·cm^-2,温度(30~35)℃,时间(15~20)min的条件下进行电解抛光所得的效果较好。试样表面粗糙度Ra由13.66μm降至1.52μm,厚度减薄率在(6~7)%左右,试样表面平整光亮,均一性较好。     

选区激光熔化成型铝合金的研究现状及展望

随着航空航天、汽车轻量化的需求不断上升,经过结构优化的复杂金属构件采用增材制造技术一体成型必然是今后高端产品制造业的发展趋势.铝合金优异的综合性能与远低于钛合金原料的价格,使其在增材制造领域中极具应用和研究潜力.金属增材制造方法繁多,选区激光熔化技术(SLM)由于成型件表面质量优良、综合性能优异,在复杂结构与薄壁结构集成化的零件成型中具有显著优势,颇受科研和工业界关注.然而,由于铝合金粉末具有激光反射率高、热导率较大、流动性较差且易与氧气发生反应等特点,使得成型件极易产生球化、裂纹、孔隙、氧化夹杂等冶金缺陷,不能满足实际应用中的性能要求.其中,研究较为深入的AlSi10Mg、Al-12Si等铸造系铝合金并不能满足很多领域对强度的要求,高强合金在SLM成型过程中极易发生元素烧损、产生裂纹等不良现象.因此,明确各类缺陷的形成机理辅助调控SLM成型铝合金的工艺参数以减少缺陷产生,开发适用于SLM成型的新型铝合金粉末成为学者们的研究焦点.本文主要从Al-Si系铸造合金、高强铝合金以及铝基复合材料三个方面来介绍近年来SLM成型铝合金的研究进展.针对SLM成型的铝合金种类少、成型工艺条件不成熟、冶金缺陷难以控制以及零件性能与微观组织间的量化研究不系统的困境,提出可以引入材料基因工程(MGE)的理念,结合人工智能技术寻求成分-组织-工艺-性能之间的量化关系,开发适用于SLM成型特点的新型铝合金粉末,实现从应用需求出发反向设计材料成分与工艺的目的.     

激光选区熔化AlSi7Mg合金的微观组织和力学性能

利用激光选区熔化(Selective laser melting, SLM)成形技术对AlSi7Mg合金成形工艺进行研究,并对最佳工艺参数成形沉积态和热处理试样微观组织和力学性能进行分析。结果发现:沉积态试样抗拉强度、屈服强度和延伸率均明显高于铸态性能,横向试样分别达到435.78 MPa、299.23 MPa和14.36%。热处理对SLM试样的微观组织和力学性能影响很大,350℃、3 h退火工艺下,试样延伸率增加到30.83%,抗拉强度和屈服强度分别下降到210.35 MPa和152.01 MPa。本工作表明,可以通过改变工艺参数和热处理控制晶粒尺寸和形状,以获得所需微观组织和力学性能的合金。     

TC4钛合金选区激光熔化与层间激光冲击强化复合工艺

目的 改善激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)工艺成形的TC4合金的内部缺陷,提高疲劳寿命。方法 选用TC4钛合金为研究对象,提出了SLM结合层间激光冲击(3D-Laser Shock Peening,3D-LSP)与热处理的强化工艺,对复合制造工艺下的微观组织、内部缺陷和力学性能演变进行了研究,并建立了复合强化工艺制造样品的疲劳寿命模型。结果 在激光冲击影响区域内形成了0.2 mm深度的高幅值残余压应力,并在1 mm深度范围内改善了应力场,且显微硬度得到了提升,内部缺陷数量减少了36%,疲劳寿命提升了40%以上。结论 实现了SLM增材制造TC4钛合金的缺陷在线闭合、微观组织改性和疲劳寿命的提升,揭示了层间激光冲击对内部缺陷的闭合机理,为金属SLM复合增材制造的研究与应用奠定了理论基础。     

选区激光熔化Ti6Al4V合金的各向异性

采用金相分析和拉伸测试等方法,分析了激光熔化成形Ti6Al4V试样在不同沉积高度、不同方向截面的组织和性能。结果表明,平行于沉积方向的截面其组织类似柱状晶,具有较弱的织构特征;垂直于沉积方向的截面其组织为块状结构,具有较强的织构特征。选区激光熔化成形Ti6Al4V合金在沉积高度方向上的力学性能受柱状晶尺寸的影响,随着沉积高度的增大其抗拉强度和屈服强度先降低后升高而延伸率先提高后降低。织构和熔合不良等缺陷,使试样垂直于沉积方向上的强度和塑性都比平行于沉积方向的试样高。     

热处理对激光选区熔化成型316L合金综合性能的影响

为获得力学性能优良的316L合金,研究了激光选区熔化(SLM)成型316L合金试样在400℃/2 h、900℃/2 h、1050℃/2 h热处理后的微观组织与力学性能.使用拉伸试验机和冲击试验机分别对试样进行拉伸和冲击实验;用数显硬度计测试316L合金在不同热处理工艺下的硬度差别,通过光学显微镜和SEM观察试样的断裂表面组织形貌,分析断裂机理.采用电子背散射衍射仪观察热处理前后晶面的相位变化.结果表明:SLM成型试样在900℃/2 h水冷条件下,抗拉强度最高达到680 MPa;在1050℃/2 h水冷条件下,试样具有最大(18％)的延伸率;试样的硬度随着热处理温度的升高呈现出先升高后降低的趋势.未处理的SLM成型试样沿沉积方向形成柱状晶粒,但经处理的试样随着热处理温度的升高,合金元素固溶重组,晶面位向差减小,得到较均匀的各向同性配置.     

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。     

退火态激光选区熔化成形AlSi10Mg合金组织与力学性能

AlSi10Mg合金具有高比强度、高耐磨性等优良特点。由于其成分接近共晶点,成形性能良好,被广泛应用于激光选区熔化技术。然而其热处理制度仍然沿用传统铸态合金的热处理规范,影响了其性能的充分发挥。本工作采用激光选区熔化技术制备了AlSi10Mg合金,并研究了沉积态和后续热处理过程中组织演化规律及其对室温力学性能的影响机制。研究发现：沉积态组织由沿沉积方向生长的α-Al柱状枝晶及枝晶间网状Al-Si共晶组成,具有强烈的〈100〉方向织构,沉积层由三部分组成,分别是细晶区、粗晶区及热影响区,抗拉强度389.5 MPa,伸长率4%。退火过程中,共晶Si破碎、球化,基体中过饱和Si不断析出长大。当退火温度从200 ℃提高到500 ℃时,Si颗粒发生Ostwald熟化,平均尺寸增长了23倍。经过300 ℃和500 ℃退火处理后,试样抗拉强度分别为287.0 MPa和268.0 MPa,但伸长率分别提高到10.3%和17.2%。     

大面积薄壁结构激光选区熔化成形工艺研究

激光选区熔化成形技术是以原型制造技术为基本原理发展起来的一种先进的激光增材制造技术。该文以大面积薄壁结构特点构件增材制造为例,对相同参数下不同厚度基板成形工艺进行差异性研究,分析影响成形质量的相关因素,为提高SLM增材制造高温合金金属零件成形精度提供依据。     

热处理对选区激光熔化17-4PH不锈钢力学性能的影响

对选区激光熔化成形的17-4PH不锈钢分别进行真空热处理、热等静压高压淬火处理和组合热处理(热等静压固溶后快淬和马弗炉时效后水冷),在1040℃固溶处理2 h和在480℃时效4 h,观察其显微组织并研究了热处理对其力学性能的影响。结果表明,17-4PH不锈钢由回火马氏体和淬火马氏体组成,热处理后沉淀相弥散分布于晶粒内部,其颗粒尺寸为100~150 nm。真空热处理使合金内部孔隙的尺寸减小到3~7 μm,而热等静压使内部孔隙几乎完全闭合,使钢的密度基本上达到理论值。真空热处理+水淬使沉积态17-4PH不锈钢的抗拉强度和硬度都显著提高(分别提高到1300 MPa和448.5HV);热等静压在提高沉积态17-4PH不锈钢抗拉强度的同时使其延伸率显著提高到22.4%。断口分析结果表明,沉积态和热等静压样品的断口形貌为典型的韧性断裂,热等静压样品的韧窝更深、尺寸更大。真空热处理和组合热处理样品的断口形貌具有部分脆性断裂的特征且出现裂纹,与沉积态相比塑性略有降低。     

选区激光熔化成形多孔Ti6Al4V (ELI)合金的拉伸性能及断裂机制

为了研究孔隙率、支杆直径等结构参数对多孔Ti6Al4V (Extra-low interstitial, ELI)合金拉伸性能的影响,本实验采用选区激光熔化的方法成形了正八面结构的多孔Ti6Al4V (ELI)合金,在室温下对不同结构参数的多孔Ti6Al4V (ELI)合金进行了拉伸试验,并利用扫描电镜观察合金的断口形貌以分析其拉伸断裂机制。结果表明:在相同孔隙率下,随着支杆直径的增大,多孔结构的抗拉强度和延伸率都明显升高;当支杆直径相近时,孔隙率的升高则会导致多孔结构的抗拉强度和延伸率下降;拉伸断口存在大量的解理台阶和少量的韧窝,表明正八面体多孔Ti6Al4V (ELI)合金的拉伸断裂机制为脆性和韧性断裂。     

TC4合金管材挤压成型工艺研究

研究了不同的挤压温度、挤压比和挤压速度等挤压参数对TC4合金管材挤压成型工艺的影响,以及润滑方式对TC4合金挤压管材表面的影响.研究结果表明,采用热挤压方式生产φ47 mm×3 mmTC4合金管材,挤压比应选在3～10之间,挤压速度选在50～120 m/s,润滑剂用玻璃粉,可得到显微组织为两相加工组织,变形充分均匀,力学性能匹配良好,表面质量合格的TC4合金管材.本研究得到的TC4合金管材挤压成型工艺研究可用于工业化生产.     

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。     

316L不锈钢选区激光熔化成型非水平悬垂面研究

为了提高选区激光熔化直接成型非水平悬垂面的能力,通过实验研究了影响悬垂面极限成型角度的工艺因素.实验使用316L不锈钢粉末,设计了不同倾斜角度的悬垂平面模型和悬垂曲面模型.结果表明:提高预置粉末密度可以提高悬垂面成型的极限角度;在25 μm的成型厚度下,激光扫描能量输入在0.15～0.2 J/mm时悬垂面成型精度最高,...     

化学腐蚀工艺对激光选区熔化成形TC4钛合金表面粗糙度的影响

采用化学腐蚀技术解决激光选区熔化(Selective laser melting, SLM)成形钛合金表面黏附粉末导致表面粗糙的问题,系统研究了腐蚀溶液成分及工艺参数对SLM成形TC4钛合金表面粗糙度的影响。研究结果表明,腐蚀液的成分配比与腐蚀时间是主要的影响因素,随着HF/HNO3体积比的减小,样品表面粗糙度降低效果减弱。当HF/HNO3=1/4时,随着腐蚀时间的增加,样品表面粗糙度显著降低,但当腐蚀时间过长时会造成对基体的损伤。当HF∶HNO3体积比=1∶4,腐蚀时间为9 min时,样品表面粗糙度为2.52μm,同时腐蚀处理过程对样品的尺寸影响较小(降低0.12 mm),此时达到一个最佳状态。