选区激光熔化成形Hastelloy X合金有限元模拟及组织性能的各向异性

基于选区激光熔化(SLM)制备Hastelloy X合金的成形原理,通过Fortran语言编写DLUX子程序加载高斯光源,采用有限元分析软件ABAQUS对有限元模型的瞬态温度场和冷却速度进行数值模拟,并用实验对分析结果进行验证.研究了粉末颗粒与高斯光源在成形时的热传递、熔化、金属液流动及凝固过程.结果 表明:Haste...     

选区激光熔化制备Hastelloy X合金耐腐蚀性能研究

目的 研究低电流密度下电化学加工过程中选区激光熔化(SLM)制备Hastelloy X合金微观组织结构对其耐腐蚀特性的影响,为抑制低电流密度条件下电化学加工Hastelloy X合金表面杂散腐蚀奠定理论基础。方法 利用配备有电子背散射衍射系统的扫描电子显微镜和电子探针X射线显微分析仪研究SLM制备和锻造成形的Hastelloy X合金微观结构的差异,对比开路电位和极化曲线的测量结果,确定低电流密度下的ECM最优工艺参数,分析2种成形工艺制备Hastelloy X合金动电位极化曲线中的关键电化学参数,获得低电流密度下ECM过程中微观组织特征对SLM制备和锻造Hastelloy X合金耐蚀性能的影响规律。结果 与商用锻造Hastelloy X合金相比,SLM制备Hastelloy X合金具有精细的晶粒尺寸以及更小的再结晶比例,锻造Hastelloy X合金晶界和晶内析出了大量弥散分布的M23C6型碳化物。在优化的工艺参数条件下,SLM制备Hastelloy X合金在36 ℃的10%(质量分数)NaNO3电解液中具有较小的自腐蚀电流密度(2.01× 10⁻⁶ A/cm²)和钝化电流密度(3.01×10⁻⁵ A/cm²)。结论 SLM制备Hastelloy X合金在电化学加工过程中具有较高的耐腐蚀性能,能有效抑制杂散腐蚀现象,进而达到提高加工精度的目的。通过分析微观组织对SLM制备Hastelloy X合金耐腐蚀特性的影响规律,为电化学加工过程中抑制镍基高温合金的杂散腐蚀现象奠定了基础。     

选取激光熔化成形Hastelloy X合金有限元模拟及组织性能的各向异性

基于选区激光熔化（SLM）制备Hastelloy X合金的成形原理,通过Fortran语言编写DLUX子程序加载高斯光源,采用有限元分析软件ABAQUS对有限元模型的瞬态温度场和冷却速度进行数值模拟,并用试验对分析结果进行验证。研究了粉末颗粒与高斯光源在成形时的热传递、熔化、金属液流动及凝固过程,结果表明：Hastelloy X合金的微观组织中纵截面呈现鱼鳞状等轴晶,横截面呈现羽毛状柱状晶。SLM成形产生了很大的温度梯度,是一个高冷却速度非平衡动态过程,平均冷速为3.02×106℃/s,在高冷速、细晶强化作用下纵横截面的抗拉强度分别达到了锻造的97%和89%,屈服强度远优于锻造工艺,纵截面呈现高强塑匹配性能,满足了工业行业标准需求。     

选区激光熔化Al-Mg-Sc-Zr合金成形性及力学性能研究

通过选区激光熔化(SLM)技术制备Al-Mg-Sc-Zr铝合金,系统研究了不同工艺参数对铝合金粉末成形性以及不同时效处理条件对SLM成形样品组织和力学性能的影响。结果表明,在高激光功率和低激光扫描速度下,SLM成形样品的致密度较高。沿样品沉积方向可观察到熔池层层堆叠的显微组织,熔池边界和熔池内部均存在细小纳米颗粒。经不同温度时效处理后,样品的硬度和压缩屈服强度先增加后降低。SLM成形样品经400℃时效处理3 h后屈服强度达到最大值469±4 MPa。     

Al-Mg-Li合金选区激光熔化成形及热处理工艺

设计并制备了多种不同成分的铝锂合金粉末,对其进行了选区激光熔化(SLM)成形,选取高致密、无裂纹的自研铝镁锂合金成形零件进行了热处理工艺研究。结果表明,第三代Al-Li-Cu系铝锂合金在选区激光熔化成形快速凝固过程中极易产生微裂纹,第二代Al-Li-Mg系合金较为适合选区激光熔化成形,能够得到高致密、无裂纹的成形样件;选区激光熔化成形铝镁锂合金在200℃进行时效热处理,强化相主要为δ′相,时效48 h达到峰时效状态,继续延长时效时间,其力学性能有所下降。     

选区激光熔化成形AlSiMg3合金

基于选区激光熔化（SLM）技术熔体快速冷却的特点,通过提高Al-Si-Mg合金中Mg的含量,设计获得SLM技术专用AlSiMg3合金。系统研究了不同工艺参数和时效处理条件对SLM成形AlSiMg3合金组织和硬度的影响。结果表明,SLM成形样品均由α-Al、Si和Mg2Si相构成。高激光能量密度有利于增加粉末样品的成形性,当激光功率为160 W,扫描速度为200 mm/s时,样品具有最低孔隙率0.07%。随着激光扫描速度的增加,样品中富Si组织的比例逐渐升高,Mg元素在α-Al中固溶量逐渐增大,使得SLM成形样品的硬度逐渐升高,最大值为194±3 HV。样品经150 ℃时效处理后,由于α-Al内部纳米颗粒的析出,导致样品硬度增大,最大值为210±2 HV,远高于现有报道的SLM成形Al-Si和Al-Si-Mg铝合金。本研究报道了成形性和力学性能优异的SLM专用Al-Si-Mg合金。     

选区激光熔化成形Al-Si-Mg-Zr合金的微观组织与力学性能

本文以高Mg含量Al-Si-Mg合金为基础,通过引入Zr作为晶粒细化剂,设计并制备了选区激光熔化(SLM)成形Al-8.0Si-2.56Mg-0.41Zr合金,系统研究了不同激光扫描速度对合金粉末成形性以及不同时效处理条件对SLM成形样品微观组织和力学性能的影响。结果表明,样品的SLM成形性良好,最大相对密度约为99.5%。样品由分布于熔池边界的细小等轴晶和熔池内部的柱状晶构成,样品的晶粒尺寸明显小于SLM成形Al-Si-Mg合金。成形态样品的硬度最大值为(173±2) HV。当时效温度≤200℃时,样品的Vickers硬度随时效温度的增加而逐渐增大;当时效温度≥250℃时,样品的硬度迅速降低。样品在150℃下的等温时效处理结果表明,随着时效时间的增加,样品的硬度和压缩屈服强度逐渐增大,当时效处理时间为12 h时,样品的硬度和压缩屈服强度具有最大值,分别为(194±2) HV和(512±4) MPa。     

选区激光熔化成形高温合金裂纹研究进展

选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)具有高温度梯度、高冷却速度的工艺特点,成形涉及复杂的理化过程,对于组分比较复杂的高温合金,开裂是普遍存在的现象,已成为制约SLM成形高温合金工业应用的瓶颈问题。本文对SLM成形高温合金的裂纹类型、影响因素及控制方法等进行了综述,分析了当前研究存在的问题,对后续的研究热点进行了展望。以期对SLM成形高温合金开裂机理、裂纹消除的研究提供一定的参考。     

激光选区熔化GH3536高温合金的成形工艺及组织性能

研究了激光选区熔化GH3536高温合金的成形工艺及不同冷却方式和热处理制度下的显微组织和高温拉伸性能。结果表明:随着激光功率的增加,合金的孔隙率整体上呈先降低后增加的趋势;当激光功率较低时,合金的孔隙率随扫描速度增加而升高;当激光功率较高时,合金的孔隙率随扫描速度增加先降低后增加;扫描间距为0.11 mm时,合金的致密度达到99.8%以上。优选成形工艺为:激光功率285 W,扫描速度960 mm/s,扫描间距0.11 mm。1175 ℃保温1 h后冷却速度越慢,热处理后合金的高温伸长率越高。炉冷时,晶界处析出连续的碳化物,使晶界强度增加,高温塑性提高。热等静压后进行1200 ℃高温固溶处理,合金的晶粒尺寸较为均匀,原晶界处粗大断续状的碳化物变得连续均匀,使合金的横纵向高温伸长率达到36%以上。     

激光选区熔化成形Cu-Al-Mn-La形状记忆合金

采用激光选区熔化技术成形Cu-Al-Mn-La合金,成形过程中合金粉末逐层叠加并经历快速熔化凝固的过程,使得合金的组织与铸造中不同,性能得到了改善。通过对微观组织分析,试样在熔敷道中心至边界依次分布着细晶区、过渡区和等轴晶区,同时存在马氏体结构;物相分析可知试样中含有β1母相和马氏体相,纳米压痕分析显示试样的纳米硬度为(4.33±0.17)GPa,杨氏模量为(122±8)GPa。     

高Mg含量Al-Mg-Sc-Zr合金选区激光熔化成形性及力学性能

基于宽粒径分布粉末(2～46 μm),应用选区激光熔化(SLM)技术制备了高Mg含量Al-14.4Mg-0.33Sc-0.19Zr铝合金.系统研究了不同工艺参数和时效处理条件对合金SLM 成形性、组织和力学性能的影响.结果表明,高激光功率可有效降低细粉飞溅对样品成形性的干扰,SLM 成形样品的最大相对密度为98.6％....     

选区激光熔化成形Ti6Al4V合金拉伸性能提高的研究

目的提高选区激光熔化(SLM)成形Ti6Al4V合金的成形态延伸率,使成形态组织的拉伸性能接近或达到锻件标准。方法采用原位分解的方法,通过调节SLM成形过程中的工艺参数,如激光功率、能量密度、层厚、支撑所占面积比等,使已成形层中的针状α'马氏体在温度场作用下分解成α+β相。利用微观组织分析(SEM)、物相分析(XRD)和拉伸性能测试,明确Ti6Al4V合金发生原位分解的条件。结果增加SLM制造的层厚(60μm),提高激光功率(375 W),有利于降低SLM制造过程中的冷却速度和温度梯度,使马氏体组织发生a'→a+b相变。SEM和XRD结果表明,Ti6Al4V合金原位分解后的成形态显微组织由针状α相和颗粒状β相构成,不同于高温梯度和极快冷却速度下的常规SLM成形态组织。拉伸性能测试结果表明,Ti6Al4V经过原位分解后,在提高延伸率的同时,仍保持高屈服强度,屈服强度达到1100MPa以上,延伸率达到8%。断裂机制为韧性断裂。结论 SLM成形的Ti6Al4V合金经原位分解后,拥有更好的韧性,成形态的拉伸性能得到提高。     

锡青铜激光选区熔化工艺及其性能研究

为了研究QSn6.5-0.1锡青铜激光选区熔化(SLM)技术直接成型工艺及其成型性能,设计三因素四水平正交工艺实验,研究激光功率、扫描速度和扫描间距对致密度的影响,采用SEM、OM、Micro-CT以及显微硬度仪研究微观组织与硬度。结果表明:选择合理的优化工艺参数,锡青铜(SLM)成型致密度最高达到98.71%;微观组织为网络状枝晶结构且分布均匀的(α+δ)相和α相;成型试样显微维氏硬度比传统铸造的软态(700～900 MPa)高45%左右;直接成型的风轮模型致密性高。表明采用激光选区熔化技术可以成型性能较好的QSn6.5-0.1锡青铜合金零件。     

IN718镍基高温合金选择性激光熔化成形的制备及性能

采用DYLM-200金属粉末选择性激光熔化成形IN718镍基合金,结果表明成形工艺参数直接影响成形零件的表面质量及其致密度。采用优化的工艺参数制备了综合性能较好的IN718镍基合金零件。     

激光功率与扫描速度对选区激光熔化钴铬合金组织性能的影响

目的 明确选区激光熔化钴铬合金中激光线能量密度、激光功率和激光扫描速度对成形件组织、性能的影响,探究优化工艺参数的方法。方法 基于ANSYS有限元软件模拟选区激光熔化过程中熔池尺寸的基础上,通过金相显微镜分析了熔池尺寸和显微组织,电子背散射衍射分析了晶粒尺寸,使用力学试验机和洛氏硬度计研究了试样的力学性能。结果 随着线能量密度降低,成形件的熔池尺寸、晶粒大小、冷却速度和力学性能降低。但在激光线线能量密度为0.242 J/mm的条件下,扫描速度为1 200 mm/s时成形试样的致密度为98.7%,抗拉强度为867 MPa,延伸率为6.5%,其力学性能均高于扫描速度为950 mm/s时成形的试样,与线能量密度更高的0.263 J/mm成形条件下250 W+950 mm/s的成形试样力学性能相近。结论 激光线能量密度是影响选区激光熔化钴铬合金熔池尺寸和组织性能的关键因素,但熔池尺寸与激光线能量密度没有线性关系。相同的线能量密度下,增加激光扫描速度,有利于获得大的熔池尺寸和冷却速度,提高成形件的致密度和降低晶粒尺寸,最终使成形件力学性能提高。     

选区激光熔化成形Inconel 718合金孔隙缺陷的研究

目的 研究选区激光熔化成形Inconel 718合金的孔隙缺陷,对缺陷进行科学分类并探究其形成机制,建立熔池溅射特征与缺陷形貌的对应关系,优化工艺参数,抑制缺陷产生。方法 采用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱仪（EDX）分别对Inconel 718粉末的显微组织和化学成分进行观测,使用数字视频显微镜分析成形件内部缺陷,利用高速摄像机拍摄金属液滴的动态飞溅过程,并定量分析溅射特征参数。结果 随着激光功率的增大,能量密度升高,总的溅射数量增大,孔隙数量增多;当扫描速度增大时,能量密度降低,总的溅射面积减小,孔隙尺寸变小。当缺陷的圆度Circ≥0.731或纵横比AR≤1.368时,缺陷形貌由不规则向规则演变。当能量密度E=95.24 J/mm3时,相对致密度达到99.94%。经测量,所有样品的孔隙率和孔隙尺寸的平均值分别为2.249%和2.774 μm2。结论 孔隙缺陷可分为不规则的匙孔缺陷和规则的气孔缺陷两类,存在发生演变的圆度/纵横比门槛值。熔池震荡引起溅射特征变化,对应产生不同形貌特征的缺陷。减小激光功率和增大扫描速度可降低能量密度,使熔池震荡程度减弱,从而抑制缺陷产生,提高成形件的相对致密度。     

热处理对选区激光熔化成形M2052合金组织性能的影响

目的综合提升选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形M2052锰铜合金的力学性能。方法利用SLM技术成形M2052锰铜合金,并通过固溶、时效及固溶+时效等热处理方法对其成形态组织进行调控。通过扫描电子显微镜和X射线衍射仪,对合金的显微组织、晶粒形貌、拉伸断口形貌及物相组成进行分析,并通过拉伸性能、冲击性能测试,分别评价SLM成形及热处理后的屈服强度、抗拉强度、延伸率和冲击韧性。结果 SLM成形的M2052合金经过固溶处理后,形成了典型的类孪晶结构;时效处理后的组织和SLM成形态类似,形成了细微的亚孪晶组织;固溶+时效处理后,类孪晶组织粗大。四种状态的显微组织均由单相γ固溶体组成,时效态和固溶+时效态析出了α-Mn相,但时效态析出含量较多。SLM成形态具有较高的抗拉强度σb和屈服强度σp0.2(636 MPa和548 MPa),时效处理能提高合金的σb和σp0.2(707MPa和570MPa),但是冲击韧性和延伸率(5.5J和8.5%)较差;而固溶处理能显著提高合金的冲击韧性和延伸率(23.5 J和22.25%)。综合比较,固溶+时效态试样具有最好的力学性能(冲击韧性为17 J,延伸率为10.8%,σb为503 MPa和σp0.2为322.5 MPa)。断口分析表明,四种状态下均为韧性断裂。结论固溶+时效热处理可以在存在单相γ固溶体条件下析出少量的α-Mn相,综合提升锰铜合金的力学性能。