模具钢增材制造及其性能的研究进展

随形冷却模具一般具有复杂的异形流道,能够大大提高冷却效率和产品的表面质量,但是其加工难度非常大.增材制造是一种通过逐层累加实现构件成形的技术,其优势是能实现材料的内部复杂结构.粉末的制备是增材制造的基础也是关键步骤,粉末质量的高低一定程度上决定了增材件的好坏,常见的模具钢粉末制备方法有气雾化法和等离子旋转电极雾化法.增...     

氮化硅光固化增材制造工艺与性能的研究

通过设计浆料配方和设置打印参数,采用光固化增材制造(3D打印)的方法制备出氮化硅陶瓷样品。通过热重-差示扫描量热(TG-DSC)分析得到脱脂温度,确定了脱脂预烧结和高温陈化烧结工艺,得到了氮化硅陶瓷样品。试验结果:氮化硅陶瓷样品收缩率为水平方向65.1%,厚度方向80.0%;密度达到理论值的93.3%;抗拉强度为245.9～279.8 MPa,抗弯强度为308.5～333.2MPa。平面方向收缩较大,可能引起了拉伸时的层状撕裂。     

电弧增材制造2024铝合金的组织性能研究

采用电弧熔丝增材制造方法成形了2024铝合金薄壁构件,研究了固溶时效热处理前后构件的微观组织和拉伸力学性能.结果表明,沉积态构件中,Al2Cu相和Al2CuMg相主要呈网状连续分布于晶界处,少量Al2Cu相呈颗粒状分布于晶界交点或晶粒内部;热处理后Al2Cu相呈颗粒状或棒状弥散分布.沉积态构件抗拉强度为250MPa,热...     

基于增材制造的硬质合金粉末研究现状

硬质合金是由难熔金属碳化物（WC,TiC,NbC等）和金属粘结相（如Fe,Ni和Co）组成,通过粉末混合、压制然后烧结而成。然而传统的粉末冶金成形方法模具成本高,难以形成复杂零件。相比之下,增材制造（3D打印）采用数字化叠层加工技术,能够实现快速精准的成形。研究与开发适于增材制造的硬质合金粉末是其中的关键一步,目前,增材制造的硬质合金粉末制备方法主要分为以下4类:机械合金化法、球形WC粉末表面包覆技术、喷雾干燥技术、等离子体球化技术,这4种方法在制备原理、成本和成形方法的灵活性上均有所不同。因此,综述了适用于增材制造成形的硬质合金粉末的4种制备方法,并对制备粉末的特性以及成形性能进行了对比,总结了粉末制备原理、各自的优缺点以及适用的增材制造成形工艺,希望可以推动增材制造成形硬质合金的研究发展。     

金属材料增材制造成型结构研究进展综述

概述了金属材料增材制造成型技术中常见的复杂结构,介绍了薄壁结构、多孔结构和悬垂结构的试验研究进展,综述了每种结构的成形难点和解决方案;最后总结了对复杂结构研究方面的不足,并指出了将来研究的方向。     

基于钛合金丝材的增材制造技术研究进展

金属增材制造技术自诞生以来,经快速发展,已在诸多领域得到了广泛的应用,被列入决定未来经济的十二大颠覆性技术之一。基于丝材的金属增材制造技术由于其沉积效率高、制造成本低、制造周期短和材料利用率高,近年来成为国内外研究和应用的热点。本文以钛合金丝材为原材料,针对广泛采用的电弧/等离子弧熔丝、电子束熔丝和激光熔丝增材制造技术,分别从成形工艺参数优化、宏微观组织结构分析、后热处理组织性能调控及专用原材料开发等方面所取得的最新研究成果进行了详细论述。在此基础之上,介绍了基于钛合金丝材的增材制造在工程化应用及相关标准规范的制定情况。最后,指出钛合金丝材增材制造技术在组织和性能等方面存在的固有不足,提出了采用锻造+增材复合成形复合后处理和专用丝材研制等方法,并建立有别于传统锻造和铸造的新标准体系,有助于推广其在各领域的大规模应用。     

圆柱面铝合金点阵结构电弧增材制造

采用电弧熔丝增材制造（WAAM）制备了圆柱面双层金字塔点阵结构,分析了圆柱面金字塔点阵结构的空间特征,建立了单元杆杆长数学模型,进行了圆柱面切片和路径规划,揭示了送丝速度、冷金属过渡技术（cold metal transfer, CMT）周期数和电弧枪偏移量与单元杆直径和倾角的关系。结果表明,圆柱面金字塔点阵结构具有旋转体的空间特征,其单元杆杆长随着点阵层数的增加而逐渐增加,圆柱面切片可获得增材制造路径点,通过调节送丝速度和CMT周期数可实现在2.20～5.02 mm的范围内精确控制单元杆直径,通过调节送丝速度和电弧枪偏移量可实现在30°～90°的范围内精确控制单元杆倾角。利用WAAM制备了包含300个点阵单胞的圆柱面双层金字塔点阵结构,其单元杆直径最大误差不超过2.3%,单元杆倾角最大误差不超过1.8%。     

激光增材制造多孔GH4169高温合金孔结构与性能研究

利用选区激光熔化技术制备出具有不同孔隙结构的多孔GH4169高温合金材料,对制备样品进行扫描电镜观察以及毛细曲线和压缩应力应变曲线测试,系统研究了孔结构对多孔材料毛细抽吸性能及压缩力学性能的影响。结果表明,随着激光功率从285 W减小到160 W,多孔高温合金样品总孔隙率从3.5%增加到46.1%;随着开孔率从15.6%增加到21.7%,多孔高温合金样品的毛细抽吸速度从4.44 mg/(s·cm³)增加到6.56 mg/(s·cm³),毛细抽吸质量从91.3 mg/cm³下降到81.7 mg/cm³,毛细抽吸质量的减少可能与样品孔径增大导致毛细力下降有关。孔隙率增加也导致多孔材料样品弹性模量从53 GPa减小到11 GPa,弹性极限从768 MPa减小到217 MPa,孔材料样品均展现出较好的抗压缩变形能力。     

电弧增材制造5356铝合金的组织与性能研究

采用电弧增材制造工艺制备了5356铝合金成形试样。通过观察合金微观组织及对拉伸性能研究发现,电弧增材制造5356铝合金成形质量良好、冶金结合优良,气孔率为0.38%优于大多数焊接样品,未出现较大缺陷;试样显微组织主要由α(Al)基体和弥散强化相β(Al_3Mg_2)组成,在沉积态试样中由于非平衡凝固造成合金元素偏析和富集,经420℃/18 h均匀化退火处理元素分布均匀性得到改善;沉积态试样在不同方向取样试样中平均抗拉强度分别为267,277 MPa,均能达到AWSA5.01/A5.10标准规定值,均匀化退火后增材制造5356铝合金的强韧性同时得到提高,远远超过5356铝合金的焊接性能,元素均匀化及β相的弥散析出是均匀化处理试样性能改善的主要原因;室温拉伸试样的断口位置出现明显颈缩;沉积态断口表面较为平缓,均匀化退火后断口表面出现明显起伏;断口表面分布有细小且均匀的韧窝,且均匀化退火后韧窝更为细小。     

基于电子束增材制造的TC4钛合金成形件热处理性能研究

将电子束选区熔化制备的试件增加热处理工艺,利用扫描电子显微镜和金相显微镜研究了热处理后TC4钛合金试件的组织特征;并通过试件力学性能的变化,揭示了不同热处理工艺选择对电子束选区熔化成形产品的影响.结果 表明:不论是空冷处理还是炉冷处理,试件在相变点温度以下加热其抗拉强度提升,在相变点温度以上加热其抗拉强度会下降.通过观...     

激光熔丝增材制造低合金钢的微观组织及性能研究

通过清洁炼钢、热轧、拉拔工艺开发了增材制造专用的低合金钢丝,并用此钢丝进行了激光3D打印试验。打印件的力学性能分别为屈服强度857 MPa、抗拉强度930 MPa、延伸率18%,-40℃的平均低温冲击韧性达到了118 J,可以满足900 MPa级海工用增材制造的使用。通过扫描电镜、透射电镜对打印件微观组织的分析,发现微观组织为粒状贝氏体、板条状贝氏体和弥散分布的马奥岛（M-A）组织,在贝氏体基体上弥散分布的马奥岛组织可以同时提高打印件的拉伸性能和冲击性能。     

增材制造模具的研究进展

介绍了增材制造技术的原理以及几种常用工艺,指出了增材制造技术在模具制造行业的应用优势。重点介绍了增材制造塑料模具钢、热作模具钢和冷作模具钢的最新研究进展及相关成果;阐述了增材制造技术工艺参数(扫描功率、扫描速度和能量密度)对成形件的相对密度、微观组织结构和力学性能的影响以及相应的后处理工艺。最后列举了增材制造在模具行业的应用实例,分析指出了当前增材制造模具面临的挑战和一些相应的解决措施以及今后的发展趋势。     

基于增材技术的支撑柱结构轻量化设计、制造与验证

本文基于增材制造技术,采用拓扑优化技术对支撑柱结构进行了优化设计,并对优化后的模型进行了仿真分析和力学验证.通过试验验证,支撑柱在满足使用要求的前提下,实现减重40％.     

金属材料电弧增材制造技术研究现状

电弧增材制造（WAAM）技术将电弧作为热源,具备熔敷效率高、设备简单、成本较低的特点,在制备大型零件时具有更大的优势。基于3种典型电弧热源的电弧增材制造方法包括熔化极电弧（GMA）增材制造、非熔化极电弧（GTA）增材制造与等离子弧（PA）增材制造。GMA增材制造技术拥有熔敷效率高、易于实现等特点,特别是基于冷金属过渡（CMT）的增材制造技术取得了重要进展,主要缺点在于熔滴过渡对熔池的显著冲击易影响成形精度和质量。GTA增材制造技术具有最为稳定的电弧燃烧过程,具有无飞溅、成形精度与质量高等显著优势,特别适合于铝合金、镍基合金、钛合金等材料的增材制造。PA增材制造与GMA增材制造与GTA增材制造相比,存在能量密度高、集束性好等优点。但是PA合理参数区间较窄、参数匹配复杂、热输入大等缺点也限制了其在该领域的应用。由于增材制造过程使得后堆积层存在反复加热与冷却,增材制造成形件组织存在上中下区域的差异以及熔敷方向及垂直于熔敷方向性能的各向异性。增材制造金属材料的热循环过程对于晶粒尺寸、熔覆层性能以及成形精度非常关键,分别可以通过改变成形件冷却条件、改变熔池凝固条件对组织性能进行改善。新型电弧热源...     

增材制造用金属粉末爆炸敏感性研究

针对粉尘云最小着火能量(minimum ignition energy, MIE)、粉尘云最低着火温度(minimum ignition temperature of dust cloud, MIT_C)和粉尘层最低着火温度(minimum ignition temperature of dust layer, MIT_L)等参数, 开展了针对增材制造用金属粉末爆炸敏感性及影响因素的研究。结果表明, 镍合金粉末和不锈钢粉末爆炸敏感性较低, 而钛合金粉末的敏感程度略高于铝合金粉末, 八种粉末的爆炸敏感程度排序为: TA15>TC4>AlSi10Mg>316L>GH4169>GH3536>GH3625/304L。镍合金粉末和不锈钢粉末均不能被点燃; 钛合金、铝合金粉末的MIE和MIT_C均随粉尘浓度的升高呈先降低后升高的趋势, 而随喷尘压力的升高呈先降低后升高的趋势。     

增材制造NiTi合金研究进展

NiTi作为一种形状记忆合金,具有优异的形状记忆效应、超弹性、耐腐蚀性、生物相容性,在生物医用、航空航天、微机电等领域均有着广泛的应用.增材制造(additive manufacturing,AM)技术作为一种新兴的加工方式,能够提高NiTi合金加工效率,并扩展NiTi合金应用领域.本文介绍了近年来国内外增材制造NiT...     

镁合金增材制造技术刍议

镁合金是当前使用的最轻质的金属结构材料,相比于其它金属结构材料具有高比强度、高比刚度的优点。除此以外,镁合金还能够回收再利用。镁合金的这些特质能够在一定程度上促进工业领域实现轻量化,具有较为广阔的应用前景。增材制造技术则是近年来兴起的一种较为先进的制造技术,制造效率要远远高于传统制造技术。两相结合,镁合金增材制造技术的研究无疑拥有较好的应用前景。     

我国激光增材制造研究可视化分析

为全面展示我国激光增材制造热点和发展态势,采集近十年CNKI数据库国内北大核心期刊发表激光增材制造技术论文511篇,借助CiteSpace可视化分析软件进行计量学和知识图谱分析,归纳梳理我国激光增材制造领域研究前沿及演进路径,以期为相关研究者提供有益借鉴。     

增材制造TiAl基合金的研究进展

TiAl基合金具有优异的高温性能,是一种极具竞争力的新型轻质高温结构材料,在汽车、军工、航空航天等领域具有广阔的发展潜力和应用前景.然而,TiAl基合金室温脆性较大,成形困难,是阻碍其发展与应用的主要瓶颈之一.增材制造基于"离散+堆积"的成形思想,以激光、电子束、电弧等作为高能热源,通过熔化丝材或者粉末,逐层堆积实现零...     

难熔金属材料增材制造工艺研究进展

难熔金属材料具有良好的高温力学性能和高温稳定性,常用于制备耐热部件,被广泛应用于航空航天、国防工业等领域。然而,难熔金属的熔点比较高,室温塑性延展性能不佳,使用传统的加工方式制备复杂结构件时存在加工困难等问题。增材制造作为一项新兴的技术,基于三维模型数据,以激光、电子束、特殊波长光源、电弧及其多种组合作为能量源,利用“离散-堆积”成形原理制造实体部件,制备零件的尺寸可以从微米级到米级,为难熔金属复杂结构件的制备提供了新的途径。本文首先概述了增材制造技术的分类、特点及其应用,然后介绍了增材制造技术制备难熔金属的现状以及目前存在的主要问题,最后综述了增材制造工艺调控难熔金属材料微观组织和力学性能的研究进展,并对增材制造技术在难熔金属领域应用的发展方向进行了展望。