表面粗糙度对激光选区熔化TC4钛合金疲劳性能的影响

针对沉积表面和机加表面激光选区熔化(SLM)成形TC4钛合金试验件,通过疲劳试验得到两种表面粗糙度下的细节疲劳额定值(DFR),同时借助扫描电镜研究表面粗糙度对SLM成形TC4疲劳性能的影响。结果表明:沉积表面的DFR值为235.1 MPa,机加表面的DFR值为283.3 MPa,后者疲劳性能优于前者。断口分析显示表面粗糙度对疲劳裂纹萌生方式影响显著,沉积表面疲劳裂纹源萌生于试验件的表面,断口粗糙,高低起伏比较明显,机加表面疲劳裂纹源起始于试验件内部,断口比较平坦。     

后处理工艺对激光选区熔化成形Hastelloy-X合金显微组织和低周疲劳性能的影响

采用激光选区熔化(SLM)技术制备Hastelloy-X合金,研究了不同的后处理工艺(1 175℃×2 h固溶处理、1 175℃/150 MPa×1 h或1 175℃/150 MPa×2 h热等静压处理)对合金显微组织和低周疲劳性能的影响。结果表明：SLM成形合金具备典型的熔池边界形貌和由细小树枝晶构成的柱状晶组织,同时存在微裂纹、气孔、孔洞等冶金缺陷;固溶处理消除了合金熔池边界,且晶粒由柱状晶向等轴晶转变,热等静压处理则能进一步闭合合金中的裂纹和气孔,同时沿晶界析出不连续的细小M₆C型碳化物;相比于固溶态合金,热等静压态合金具有更好的低周疲劳性能,其中2 h热等静压时间下得到的合金低周疲劳寿命略高;固溶处理态合金的疲劳裂纹以穿晶形式扩展,而热等静压态合金以穿晶+沿晶混合模式扩展。     

选区激光熔化Ti-6Al-4V合金在高应变速率下力学性能的有限元模拟

采用选区激光熔化(SLM)技术制备Ti-6Al-4V合金,经真空退火热处理和热等静压处理后,研究了合金准静态和高应变速率(500~3000s^-1)下的力学性能;对双线性材料模型进行标定,将所得到的材料参数应用于霍普金森压缩试验的有限元模拟中,并将模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:经真空退火和热等静压处理后,SLM成形合金的组织为α相和β相,呈网篮组织形貌;与准静态条件下的相比,在高应变速率下SLM成形合金的断后伸长率得到明显提高;模拟得到的归一化真应力-真应变曲线与试验得到的相吻合,平均相对误差为2.5%,其材料参数可用于后续的瞬态冲击仿真分析中。     

热等静压温度对激光选区熔化成形GH3536裂纹和组织性能的影响

利用激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术制备了GH3536镍基高温合金,研究了不同热等静压(Hot isostatic pressing,HIP)温度对SLM成形GH3536合金裂纹和组织性能的影响。利用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、电子背散射衍射(Electron backscatter diffraction,EBSD)、电子探针显微分析仪(Electron probe microanalyzer,EPMA)等方式表征了GH3536相组成和组织演变,利用高温持久性能试验机测试合金室温和高温拉伸性能。结果表明：经HIP后,SLM成形GH3536合金相组成保持不变,均为γ相,但晶格常数降低,且随着HIP温度的升高而降低。SLM态合金中存在10～100μm的微裂纹和气孔缺陷,微裂纹主要存在于熔池边界。经HIP后,合金中微裂纹完全消除,但仍存在少量孔洞。GH3536合金经高温高压处理后,晶粒尺寸增大,抗拉强度有所降低。其中SLM态试样室温抗拉强度...     

热处理对激光选区熔化GH3536合金组织演变规律的影响研究

利用激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)增材制造技术制备了GH3536镍基高温合金,研究了直接时效、固溶及热等静压处理对SLM合金组织和裂纹的影响规律,利用XRD、SEM、EPMA、EBSD、TEM等方法表征相组成和组织演变。结果表明:SLM态组成相为γ相,经固溶和时效热处理后,晶界析出针棒状和片层状相,EPMA结果表明这些相富含C、Cr、Mo,主要组成为Laves相和碳化物相;SLM态试样经固溶热处理后,合金元素扩散加强,熔池边界逐渐消失;SLM态平均晶粒尺寸13.18μm,经高温热处理后,合金晶粒发生再结晶,平均晶粒尺寸减小,经固溶处理后平均晶粒尺寸为12.01μm,而经热等静压处理(1050℃/3h/120MPa)后平均晶粒尺寸为10.87μm。SLM态试样中存在10～100μm的微裂纹,裂纹起源于熔池内部并贯穿熔化道;经直接时效和固溶热处理后微裂纹未明显改善,而热等静压则可完全消除微裂纹。     

激光选区熔化成形TC4钛合金显微组织与性能的研究进展

激光选区熔化技术是在精密复杂零部件制备方面应用较广的激光增材制造技术之一,可实现复杂零件的近净成形。从成形工艺参数和固溶时效处理两方面,对现阶段激光选区熔化成形TC4合金显微组织及力学性能控制的研究进展进行了综述,并对其后续发展方向进行了展望。     

激光体能量密度对激光选区熔化成形TC4钛合金致密化行为的影响

采用激光选区熔化(SLM)技术制备TC4钛合金,研究了激光体能量密度对合金表面质量和致密化行为的影响。结果表明:随着激光体能量密度由33 J·mm-3增加到80 J·mm-3,合金表面粗糙度减小,表面质量提高,表面球化现象明显改善;随着激光体能量密度的增大,合金内部孔洞减少,相对密度由90.5%增大到99.3%,但过高的激光体能量密度下熔体的过度流动影响成形件的尺寸精度及性能;制备该合金的最佳参数为激光体能量密度66 J·mm-3,即激光功率250 W,扫描速度500 mm·s-1,此时合金的表面质量和致密性均较好。     

选区激光熔化成形工艺对多孔TC4钛合金显微组织的影响

采用Rhino软件构建了泰森多边形不规则多孔结构,利用选区激光熔化(SLM)技术成形多孔TC4钛合金,研究了激光功率(180, 200, 220 W)、扫描速度(1 200, 1 600, 2 000 mm·s^-1)、扫描间距(80, 100, 120μm)对其显微组织的影响。结果表明：随着激光功率的增大、扫描速度的减小或扫描间距的增大,SLM成形多孔TC4钛合金实体部分的微观孔洞缺陷数量和尺寸减小,相对密度提高,扫描速度是影响缺陷生成的主要原因;在激光功率220 W、扫描速度1 200 mm·s^-1、扫描间距120μm条件下钛合金具有最少的微观孔洞缺陷,其相对密度可达99.2%。靠近多孔结构孔隙部分的截面存在等轴晶和平行于基板表面的柱状晶,而远离孔隙部分的组织主要由β柱状晶组成,柱状晶内部为与其长轴成±45°且平行排列的初生针状马氏体;随着激光功率的减小、扫描速度的增大或扫描间距的减小,柱状晶的宽度和初生马氏体的长度均减小,扫描间距对显微组织的影响更大。     

Ti-6Al-4V真空钎焊研究

针对目前用于Ti合金钎焊的Ti基钎料熔点偏高的现状，设计了Ti-Zr-Cu-Ni钎料，结果 表明，接头强度较高，因钎焊温度较低母材基本上保留了原始组织。同时还证明Ti-Zr-Cu钎料大幅度增加Cu的质量分数易造成钎缝中心区域生成连续分布的Ti2Cu+TiCu，严重影响接头强度。     

选择性激光熔化成形Ti_6Al_4V钛合金的滚动接触疲劳性能研究

选择性激光熔化技术(SLM)可直接成形出传统方式加工工序复杂周期长甚至无法加工出的复杂零件,是增材制造(3D打印)领域最具有应用前景的技术之一。目前针对该技术的研究主要集中在拉伸、压缩等静力学方面,而许多应用场合下,动力学性能也有要求。以钛合金(Ti-6Al-4V)粉末为试验材料,对不同后处理下的SLM件进行了滚动接触疲劳性能研究。结果表明,粗糙度和硬度是影响SLM件滚动接触疲劳性能的主要因素,抛光处理和热处理能提高滚动接触疲劳寿命;粗糙度较大时SLM钛合金测试件主要是磨损失效,粗糙度较小时主要是材料脱落失效。     

TC11钛合金3D激光快速成形件力学性能实验研究

通过TC11钛合金3D激光快速成形件力学性能实验,获得了静拉伸、S-N曲线、DFR值和断裂韧性等性能数据,并与工程应用广泛的TC18锻件和TC21锻件性能数据进行了对比分析。结果表明:TC11激光成形钛合金的综合性能基本介于TC18和TC21之间;试样存在的未熔合或气泡等内部缺陷对疲劳性能影响较大,后续需持续完善激光成形件的制造工艺,减少内部缺陷,达到内部缺陷的可检可控,确保飞机安全。     

TA15钛合金钨极氩弧焊焊接接头力学性能研究

TA15钛合金钨极氩弧焊焊缝、热影响区、母材的微观组织差别明显,晶粒尺寸依次减小.焊接件的疲劳试验结果分析表明,热影响区是焊接接头的薄弱部位,疲劳裂纹大多萌生于焊接热影响区区域.疲劳破坏试样断口的SEM(scanning electron microscope)分析表明疲劳裂纹大多起源于焊接热影响区的气孔处.     

表面熔覆铝合金疲劳性能的影响因素

对铝合金试样表面进行激光熔覆处理，分析激光熔覆层的显微组织，并对熔覆试样和基材试样进行疲劳寿命对比实验。结果表明，表面激光熔覆会显著降低材料的疲劳性能，在99％可靠度的前提下，熔覆试样的安全寿命约为基材试样的27％。其主要影响因素有，熔覆层底部的枝晶、重熔区内的缺陷和熔覆层内的拉应力。     

激光切割对飞机蒙皮材料力学性能的影响分析

激光切割在制造业中的应用越来越广泛,而铝合金飞机蒙皮材料对激光的吸收率低,激光切割质量较差,所以在激光切割在蒙皮的加工制造过程中一直没有得到应用。为了探索飞机蒙皮材料的激光切割性能以及切割后其力学性能的变化,对激光切割试件进行了表面形貌分析、显微硬度测试以及拉伸、压缩、剪切测试。试验结果显示,试件激光切割后出现了明显的挂渣,拉伸强度略有下降,压缩和剪切强度没有变化。因此只要优化激光切割工艺,提高切割质量,激光切割技术就可以推广应用到飞机蒙皮材料的边缘切割。     

激光成形修复对钛合金工字梁四点弯曲性能的影响研究

采用四点弯曲试验对钛合金激光成形修复短梁和常规锻造后机加工短梁的静强度和疲劳强度进行了研究,考察了激光成形修复技术对TA15钛合金工字梁静强度和疲劳强度的影响。通过对比分析认为,激光成形修复技术可在修复区域和基体材料之间形成致密、均匀的冶金结合区,使得修复短梁的静强度和疲劳强度与锻造短梁的性能相近,从而为关键零部件的修复提供了强有力的技术支持。     

过滤净化提高铝合金机械性能机制的探讨

本研究工作证明,过滤净化影响了合金的液-固和固-固相变过程,因上不仅可改善铝合金的常规机械性能,而且可以提高合金铸态和变形态的断裂韧性,使性能更为稳定。其机制主要是过滤净化影响了液态金属的凝固过程,减少了疏松缺陷,提高了合金铸态和变形态的密度,过滤净化也影响固态合金的时效过程。实验研究证明,铝合金断口韧窝中心质点主要是析出相和含有杂质元素的脆性化合物相。因此D.Broek提出的夹杂物平均间距λ与微孔平均尺寸d基本上是1：1关系的结论值得商榷。文中提出了解释断裂机制的断裂模型。     

基于材料细观特性的TC4钛合金疲劳裂纹萌生寿命仿真

建立了TC4钛合金材料的疲劳裂纹萌生寿命的预测模型,并通过试验验证了此模型在预测TC4钛合金材料疲劳裂纹萌生寿命时的可行性.基于裂纹萌生的细观位错模型,采用Tanaka-Mura的开裂寿命公式,考虑了表面粗糙度,提出了分析TC4钛合金材料疲劳裂纹萌生的有限元模型,并通过实验验证仿真模型的有效性.结果 表明:模型裂纹萌生...     

铝合金焊接结构力学性能试验研究

以铝合金焊接结构为研究对象,通过力学试验与有限元分析方法对焊接结构性能进行研究.选择5083、6061、6063、6082四种铝合金材料,采用TIG焊接方法对铝合金结构进行焊接,通过拉伸和硬度试验以及有限元分析方法,对四种铝合金材料、Ⅰ型坡口和Ⅴ型坡口、ER5356与ER5087焊丝、单面搭接和双面搭接连接方式等材料及...