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。     

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。     

电弧增材制造钛合金成形工艺与过程控制

电弧增材制造（wire arc additive manufacturing, WAAM）技术被认为是制造大型钛合金构件最具前景的增材制造技术之一。然而,成形过程稳定性差、成形件表面质量及尺寸精度低是制约WAAM钛合金构件推广运用的主要瓶颈,对WAAM成形过程进行实时监测及反馈控制是解决这一难题的重要研究方向,也是当前WAAM钛合金研究的热点之一。对于WAAM钛合金的高效稳定成形而言,成形机制的研究是基础,工艺及装备的优化是保证,成形过程的监测与控制是关键。简要介绍了WAAM钛合金的成形工艺、装备及其运用,指出了成形件组织及力学性能的特点及其调控方法。通过对WAAM钛合金常见缺陷及其形成机制的分析,指出了WAAM装备设计与工艺优化的方向。总结了WAAM成形过程中基于视觉信号、电信号、声信号及多信号融合的在线监测方法,综述了成形过程控制方法及控制系统的发展。最后,对全文进行了总结,展望了未来WAAM钛合金成形与控制领域值得深入研究的方向。     

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...     

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...     

Altair显示增材制造新设计工艺与软件工具

<正>总部在美国密歇根州特洛伊的Altair于2016年11月15—18日在德国法兰克福展示了所用的formnext TCT会议软件的最新版本,包括:其模拟软件套件Hyper Works?14.0,概念设计与优化工具Solid Thinking Evolve?和Inspire?2016,以突显为开发与制造创新产品的设计工艺。     

基于增材制造双金属比例交织结构的性能研究

确保奥氏体高氮钢的强度前提下,为了增加其韧性,采用奥氏体高氮钢和奥氏体不锈钢308L丝材,通过仿照贝壳等生物材料珍珠母层,使用等离子弧作为热源的增材制造方法,设计并制备初级仿生双金属交织结构。分析了该初级仿生结构的双金属不同成分比例对交织结构的强度和韧性的影响规律。结果表明:当高氮钢与不锈钢体积比为3∶1时,等离子弧增材制造技术制备的双金属交织初级仿生结构的抗拉强度与高氮钢相当,冲击吸收功提高了2.3倍。通过等离子弧的双金属交织结构增材制造技术研究,可证明仿生结构硬质材料和软质材料的体积比在3∶1时,获得的交织结构能够确保材料强度甚至提高材料强度,同时增加材料的冲击韧性,为今后仿生结构的研究提供一定的参考。     

增材制造用球形TiAl合金粉末制备工艺研究

以TiAl合金块为原料,利用水冷铜坩埚真空感应熔炼气雾化技术制粉,通过对导流系统和雾化器的优化改进,制备出氧含量低、细粉收率高的球形TiAl合金粉末。结果表明,将导热性好的石墨导流基座和耐冲刷的BN材质陶瓷导流内芯配合使用,既可以保证导流管加热,也可以有效阻止金属熔液的冲刷;螺旋喷管雾化器使雾化点下移,回流区位置远离导流管出口,解决了液柱反流的问题。螺旋分布管能够有效约束雾化气体,动能损失小,能够显著提高细粉收率达20%以上。实验制备的球形TiAl合金粉末流动性为27.7 [s·(50 g)?1],球形度＞90%,粉末氧增量小,适用于3D打印和注射成型工艺用粉。     

基于多路送粉工艺的增材制造样品成分、组织与硬度性能研究

激光增材制造技术作为新型逐层熔合制造工艺可以根据要求制备元素成分梯度变化的金属材料。试验设计了一种由两种不锈钢粉末按均匀配比变化而成的梯度成分样品,首先利用热力学计算软件预测了材料的相组织成分占比、力学性能变化;然后采用多路送粉激光熔覆工艺进行样品制备;进而利用微区X射线荧光光谱仪、金相显微镜和显微维氏硬度计结合流体微探应变技术对该梯度材料进行了微观区域的精细成分、显微组织和硬度的统计分布表征研究。表征结果中该梯度成分样品不同区域元素含量、金相组织、硬度力学性能的差异变化规律同热力学软件计算的结果基本符合。通过研究成分梯度变化区域元素成分对区域的组织状态和材料力学性能的影响,结果表明样品表面硬度分布拐点和陡降区与Ni元素的变化和板条状马氏体的出现密切相关,同时316L奥氏体组织呈不连续骨架分布,而JY-Fe45A区域显示存在大量板条状马氏体,且晶粒组织粗大。最后利用基于等静压的流体微探应变无损检测方法与显微维氏硬度计相结合分析了样品中力学性能异常区域的原因,并发现了现有打印制造工艺的不足。     

基于多路送粉工艺的增材制造样品成分、组织与硬度性能研究

激光增材制造技术作为新型逐层熔合制造工艺可以根据要求制备元素成分梯度变化的金属材料。试验设计了一种由两种不锈钢粉末按均匀配比变化而成的梯度成分样品,首先利用热力学计算软件预测了材料的相组织成分占比、力学性能变化;然后采用多路送粉激光熔覆工艺进行样品制备;进而利用微区X射线荧光光谱仪、金相显微镜和显微维氏硬度计结合流体微探应变技术对该梯度材料进行了微观区域的精细成分、显微组织和硬度的统计分布表征研究。表征结果中该梯度成分样品不同区域元素含量、金相组织、硬度力学性能的差异变化规律同热力学软件计算的结果基本符合。通过研究成分梯度变化区域元素成分对区域的组织状态和材料力学性能的影响,结果表明样品表面硬度分布拐点和陡降区与Ni元素的变化和板条状马氏体的出现密切相关,同时316L奥氏体组织呈不连续骨架分布,而JY-Fe45A区域显示存在大量板条状马氏体,且晶粒组织粗大。最后利用基于等静压的流体微探应变无损检测方法与显微维氏硬度计相结合分析了样品中力学性能异常区域的原因,并发现了现有打印制造工艺的不足。     

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。     

增材制造高强度钢的研究与应用进展

高强度钢的增材制造已成为金属增材制造领域发展的主要方向之一,首先,对增材制造金属材料与技术的研究进展与前沿动态进行了追踪,分别对低合金超高强度钢、高合金超高强度钢以及高强度不锈钢三种类型高强度钢重点牌号的相关研究进行分析,详细总结了各种典型高强度钢的制粉和打印工艺、热处理工艺以及组织性能等方面的相关工作。其次,重点关注了国内外增材制造高强度钢的典型应用和主要研究成果。针对目前高强度钢增材制造领域标准体系建设的不足,在专用合金的正向设计与研发、大尺寸高精度与智能化装备发展以及标准体系建设三个方面提出了相关建议。基于对增材制造高强度钢的研究与应用进展的分析,提出了领域重点关注方向以及相关技术进一步发展的趋势,以助于促进增材制造高强度钢的工业化推广应用。     

汽车侧门拉线托架总成的增材制造工艺开发

本文以某车型的后侧门执行器拉线导向装置托架总成为研究对象,结合增材制造技术的特点,开发了托架总成的制造工艺,其中包括了材料选择、结构优化、模型处理和工艺参数设置等方面,最终制造出的零件满足了尺寸精度和机械强度要求。研究发现,选择替代材料玻璃微珠增强PA12、模型卡扣配合结构优化和工艺参数合理设置是工艺过程的关键步骤。最后通过成本分析说明了增材制造技术在汽车售后配件再制造领域具有一定的成本优势。     

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。     

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。     

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...     

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。     

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...     

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。