基于SLM的工艺参数对TC4合金成形件性能的影响

以Ti-6Al-4V(TC4)粉末为材料,采用正交试验方法,主要研究激光功率、扫描速度和扫描间距等工艺参数对TC4合金粉末的SLM成形件的质量、微观组织及力学性能的影响,并引入能量密度来确定TC4粉末的SLM最优工艺成形域。结果表明,随着能量密度增加,TC4合金粉末的SLM成形性能先变好后变差,而其最优的工艺成形域是激光功率为400W,激光扫描速度为800~2 200mm/s,扫描间距为0.08mm,铺粉厚度为0.05mm。     

激光除漆对铝合金基材表面质量的影响

目的 研究激光除漆后对铝合金基材表面阳极氧化膜的损伤情况。方法 采用纳秒脉冲激光器对涂覆复合漆层的2A12铝合金表面进行激光清洗试验。采用超景深显微镜对清洗后表面形貌与横截面进行观察,利用扫描电子显微镜与能谱仪观察清洗后的微观形貌,并利用维氏硬度计对表面显微硬度进行检测。结果 选择合适的激光参数能够完全除去复合漆层,当激光功率过高或激光扫描速度较低时,会发生过度清洗现象,清洗后表面的阳极氧化膜层发生损伤,甚至被去除的情况。在激光功率为450、400 W,扫描速度为4.5 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层发生破损;在激光功率为450、400 W,扫描速度为4 mm/s时,清洗后表面的阳极氧化膜层已经被去除。在激光功率为500 W,扫描速度为5.5 mm/s,与激光功率为450 W,扫描速度为5 mm/s时,完全去除复合漆层后的阳极氧化膜层表面的平均维氏硬度分别约为211HV与242HV,在工艺参数为450 W、4.5 mm/s时,表面平均维氏硬度约为168HV。结论 在激光除漆的过程中,采用合适的激光工艺参数彻底去除漆层后,铝合金表面阳极氧化膜层的显微硬度并未受到影响。在发生过度清洗时,铝合金表面的阳极氧化膜层会发生烧蚀损伤以及弹性振动剥离。     

半导体激光热输入对渗氮层结构和性能的影响

目的 提高Ti-6Al-4V钛合金的表面硬度和耐磨性,解决失效问题。方法 利用半导体激光器在纯氮气氛下对Ti-6Al-4V钛合金表面进行激光渗氮处理,研究激光功率和扫描速度耦合作用下不同热输入对渗氮层质量的影响。分别采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线能谱仪,对渗氮层的物相组成、截面微观组织以及元素分布进行表征,采用显微维氏硬度仪测量渗氮层截面硬度分布。结果 不同热输入下Ti-6Al-4V钛合金氮化区域均生成TiN相,且含量随热输入的增大而增加,渗氮层厚度随热输入的增大呈近似直线增长。渗氮层组织由表及里依次由连续的TiN薄层、柱状晶、树枝晶和针状晶组成,使渗氮层内硬度随层厚的增加呈下降趋势,随热输入的增大,树枝晶中粗枝晶的数量增加,渗氮层硬度也随之增加。然而当热输入较高（320 J/mm）时,渗氮层内产生大量的裂纹。结论 利用激光气体氮化技术,控制热输入为210~275 J/mm时,在Ti-6Al-4V钛合金表面制备渗氮层,其表面成形良好、无裂纹,厚度约为413~517 μm,近表层硬度较基材提高2.5倍以上。     

覆膜宝珠砂激光烧结工艺影响因素的优化研究

为了更有效的降低砂型铸造成本,针对覆膜砂的激光烧结工艺,采用正交试样法从激光功率、预热温度、扫描速度和铺粉层厚等方面对最佳激光烧结工艺参数进行优化研究。得到最佳激光烧结工艺参数:激光功率21 W、预热温度80℃、扫描速度1 000 mm/s、铺粉厚度0.2 mm。     

扫描路径对单层激光熔覆层质量影响的研究

为探究四种不同扫描路径对熔覆层质量的影响,在TC4(Ti-6Al-4V)钛合金表面进行多道单层激光熔覆试验。熔覆粉末为Ni60A自熔性粉末,工艺参数为激光功率500 W、送粉电压10 V、扫描速度2 mm/s、多道搭接率45%,扫描路径为实验设计的四种不同的扫描路径:热搭接、两种不同方式的冷搭接和回形搭接。结果发现,在冷搭接和回形搭接的扫描方式下得到的熔覆层表面相比于热搭接平整度较差。热搭接得到的熔覆层表面最平整,平均洛氏硬度最高。冷搭接熔覆层显微硬度最高,而回形搭接熔覆层显微硬度最低。     

ZL114A铝合金激光选区熔化成形工艺

以ZL114A铝合金粉末为研究对象,主要研究激光选区熔化(SLM)成形主要工艺参数如激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉厚度等对ZL114A成形试样致密度的影响。结果表明,SLM成形ZL114A合金试样的致密度随着激光功率的增大而增大;而随着扫描速度的增大,试样的致密度则呈现先增大后减小的趋势;当激光功率为450 W,扫描速度为2 000 mm/s,扫描间距为0.09 mm,铺粉厚度为0.05 mm时,试样致密度最大可达到99.92%,其SLM沉积态合金的常温平均抗拉强度为402.7 MPa,伸长率为6.0%。进一步引入能量密度模型,综合表征能量输入与试样致密度之间的作用关系,当能量密度在35～100 J/mm~3范围内,其致密度均可达99%以上。     

基于SLS技术的精铸蜡粉烧结件翘曲变形研究

对翘曲变形产生的根本原因进行了分析。通过大量的精铸蜡粉烧结实验,研究了激光功率、扫描速度、预热温度和铺粉厚度对翘曲变形的影响,叙述了制件翘曲程度和工艺参数之间的关系。采用正交试验方法研究了精铸蜡粉选择性激光烧结成型工艺,得到了减小烧结前期翘曲变形的最佳工艺参数。结果表明,烧结前期最佳工艺参数为预热温度50℃、扫描速度1200 mm/s,激光功率18 W、铺粉层厚0.15 mm。     

环形零件局部激光表面淬火

利用半导体激光宽带对环形零件局部进行表面淬火处理,并利用蔡司光学显微镜和HXD-1000TMC型维氏硬度计对处理后的零件进行显微组织观察和硬度分析。结果表明,通过高功率、多次扫描、辅助气冷的方法获得优良的表面改性层;当激光功率为1100 W,扫描速度4.5 mm/s,经三次激光宽带扫描处理后,硬化层深度 500μm,表面硬度 600 HV0.1。     

20钢材料表面W-Cu激光合金化性能研究

用激光表面合金化方法在20钢的表面制备一层钨铜复合涂层,并对合金化层的金相组织、显微硬度、耐磨性进行了分析。结果表明:当激光功率为700 W,扫描速度为10 mm/s时,合金化层的组织最为细小、均匀、致密;合金化层的硬度最高;耐磨性得到提高。     

30CrMnSi镀镍后激光表面合金化

为研究不同激光工艺参数对合金化层组织和硬度的影响,对镀镍后的30CrMnSi钢表面进行单道扫描,获得了金相组织和显微硬度较基体理想的合金化层.研究结果表明:激光合金化层晶粒显著细化,平均硬度明显高于基体硬度.影响激光合金化效果的主要因素是激光功率和扫描速度.本试验条件下的最优工艺参数为:激光功率600W,扫描速度5mm/s,保护气体流量20L/min.此时,合金化层金相组织细小均匀致密,平均硬度达590HV,约是基体硬度的2.6倍.     

激光功率对TiB增强钛基涂层显微组织结构的影响

采用Ti和B的混合粉末在Ti-6Al-4V基体表面激光熔覆制备TiB/Ti复合涂层。通过XRD物相分析、形貌观察和硬度测试等方法研究了激光扫描速度2 mm/s时不同激光扫描功率下原位合成的TiB/Ti复合涂层的相结构、显微结构和硬度。不同功率下制备的涂层中只有α-Ti和TiB相;扫描功率为3000 W和3500 W下激光熔覆层与基体结合较好;随着激光扫描功率的增加,熔覆层的平均硬度提高;扫描功率为3000 W下制备的涂层硬度分布较均匀,其硬度值较基体提高了2~3倍,平均硬度值约为1000 HV。     

选区激光熔化成型30CrMnSi钢组织和性能研究

利用选区激光熔化(SLM)成型工艺制备了30CrMnSi合金试样,并采用金相显微镜对微观组织进行了表征,采用洛氏硬度计、材料试验机等仪器进行了性能测试,采用SEM扫描电镜分析了试样断口形貌,研究了粉末层厚对SLM成型试样的显微组织和力学性能的影响。结果表明,当激光功率为270 W,扫描间隔为0.16 mm,扫描速度为900mm/s,层厚在0.01～0.03 mm范围内变化时,30CrMnSi合金钢SLM试样内部组织为片状马氏体,并且由于Cr元素的存在,试样内部存在一部分FeCr相组织,马氏体组织随着层厚的不同,其均匀性也有差异;随着层厚的增大,试样的致密度会逐渐降低,而硬度和抗拉强度会出现先升高后降低的现象,当铺粉层厚设置为0.02 mm时,试样具有较好的综合力学性能,致密度达到86.42%,抗拉强度和硬度达到最大,分别为1931 MPa和39.12 HRC。     

TC4表面丝粉同步激光熔覆制备复合材料层微观组织研究

针对Ti-6Al-4V耐磨性差的问题,本文采用激光熔覆技术在Ti-6Al-4V基材表面通过旁轴添加与基材同质的Ti-6Al-4V丝材,同轴送入WC颗粒作为强化相的方式制备表面WC颗粒增强钛基复合材料层。激光功率、扫描速度、送丝速度等工艺参数是影响复合材料层成形的主要工艺因素,通过实验确定了优化的工艺参数。采用SEM,EDS以及XRD对复合材料层的显微组织进行了研究。复合材料层中主要包括WC、W2C、TiC、α-Ti、W相。研究表明,复合材料层中WC颗粒呈现不同形态。TiC、W2C相形成并以不同形态分布于表面复合材料层中。WC颗粒与Ti之间的反应区由多层组成,分别为W2C、W、TiC。性能分析发现,复合材料层的硬度达到了570HV0.2,较基体提高了一倍。表面复合材料层的摩擦系数为0.3,而钛基体的摩擦系数为0.5。与基体相比,表面复合材料层摩擦系数显著降低。     

激光熔覆工艺参数对Fe-Cr-B合金涂层组织和硬度的影响

利用6 kW光纤激光器在Cr12MoV模具钢表面激光熔覆Fe-Cr-B合金涂层。运用金相显微镜和显微硬度仪,研究了激光功率、扫描速度、送粉率对熔覆层成形、尺寸、稀释率及组织结构和微观硬度的影响。结果表明:熔覆层组织主要由平面晶、树枝晶和等轴晶构成。理想的工艺参数为激光功率(P)2000 W,扫描速度(V1)4 mm/s,送粉率(V2)15 g/min。该工艺参数下熔覆层晶粒细小,与基体呈现良好冶金结合,稀释率为9.8%,熔覆层显微硬度平均高达1000 HV。     

30CrMnSi镀铬后激光表面合金化

为研究激光表面合金化工艺对镀铬后30CrMnSi组织与硬度的影响,以CO2激光器为热源,采用正交试验法,对其表面进行单道扫描,获得了金相组织和显微硬度均优于基体的合金化层.研究结果表明:激光合金化层晶粒显著细化,平均硬度明显高于基体硬度.激光功率500W,扫描速度10mm/s,保护气体流量10L/min时,合金化层组织细小均匀致密,最高硬度达829HV,约是基体硬度的2.6倍.     

钛合金粉末的选择性激光熔化表面质量研究

通过优化实验方法,采用在钛片上进行钛合金粉末Ti6Al4V(TC4)的选择性激光熔化(SLM)单道扫描成形正交实验,在钛基板上进行单层SLM的正交实验。将打磨过的单道钛板在金相显微镜下进行观察,运用环境扫描电镜(ESEM)对SLM的单层进行分析。结果表明,在相对较高的激光功率以及低的扫描速度下,熔道的润湿角较小,宽度较大,且具有很好的连续性,单层轨迹具有很好的搭接性,整个熔化层较为平整,球化现象较少。最终确定最优参数为扫描速度20 mm/s,扫描间距0.07 mm,铺粉厚度0.07 mm,激光功率95 W,扫描方式为跳转变向,制备出的成形面质量较好。     

微／纳米Cu—W粉末激光烧结体的显微组织

研究了激光烧结工艺条件下微/纳米Cu-W粉体致密化的过程及对显微组织的影响.结果表明,合理增加激光功率或降低扫描速率,可提高烧结致密度及组织均匀性;降低扫描间距至0.15 mm,可改善烧结表面光洁度;铺粉厚度降至0.15 mm,可提高烧结层间结合性.经工艺优化,最高成形致密度达到95.2%,且在烧结组织中形成一系列规则的W环/Cu芯结构;并探讨了该结构的成形机制.     

MICROSTRUCTURES OF LASER SINTERED MICRON/ NANO-SIZED Cu-W POWDER

研究了激光烧结工艺条件下微/纳米Cu-W粉体致密化的过程及对显微组织的影响. 结果表明,合理增加激光功率或降低扫描速率, 可提高烧结致密度及组织均匀性; 降低扫描间距至0.15 mm, 可改善烧结表面光洁度; 铺粉厚度降至0.15 mm, 可提高烧结层间结合性. 经工艺优化, 最高成形致密度达到95.2%, 且在烧结组织中形成一系列规则的W环/Cu芯结构; 并探讨了该结构的成形机制.     

TC4表面激光熔覆AlCoCrFeNiTi0.5高熵合金层的组织与性能

采用激光熔覆技术在TC4(Ti-6Al-4V)钛合金表面制备出了AlCoCrFeNiTi_(0.5)高熵合金熔覆层。运用XRD、OM、SEM、EDS等手段分析了熔覆层的相组成、微观形貌和成分;利用显微硬度仪和多功能摩擦磨损试验机分别检测了熔覆层的硬度和耐磨性能。结果表明:当激光功率P=1500 W,光斑直径D=3 mm,扫描速度V=20 mm/s时,制备出了与基体结合良好,无明显缺陷的高熵合金层。熔覆层主要由面心立方(FCC)结构相、体心立方(BCC)结构相和少量的Laves相组成。熔覆层的平均硬度为699.7 HV0.2,约为基体硬度(298.3 HV0.2)的2.35倍。摩擦磨损试验结果表明熔覆层的耐磨性较基体提高约42倍。     

基于SLS技术的精铸蜡粉成型件尺寸精度研究

分析了选择性激光烧结成型精度的影响因素。采用正交试验方法,对精铸蜡粉进行了烧结成型试验,对影响烧结件尺寸精度的四个主要因素进行了分析,并得到最佳工艺参数及在此工艺下的修正系数。结果表明:随着激光功率的提高,试件收缩率呈加大趋势;随着扫描速度、预热温度和铺粉厚度增加,试件收缩率呈降低趋势。最佳工艺参数为:激光功率12 W、预热温度45℃、扫描速度1 500 mm/s、铺粉层厚0.2 mm,此工艺下水平方向修正系数为1.000 2,竖直方向修正系数为1.002。