激光增材制造铝锂合金的热处理组织及T_B相析出

采用激光增材制造技术制备了铝锂合金,分析了沉积态铝锂合金的显微组织,优化得到了沉积态铝锂合金的双级均匀化退火和固溶热处理工艺参数,并探讨了TB相的时效析出行为。结果表明,经过双级均匀化退火及固溶热处理后,铝锂合金晶界和晶内析出的低熔点富铜相数量减少,铝锂合金的成分均匀性得到提高。当时效温度为400℃时,铝锂合金中析出的TB相数量达到最大;随着时效温度的继续升高,TB相数量逐渐减少。铝锂合金的显微硬度随着TB相含量的增加先减小后增大。     

热处理工艺对激光增材制造铝锂合金组织及力学性能的影响

采用激光增材制造技术制备了铝锂合金板材,分析了铝锂合金在热处理过程中析出相的演变及力学性能的变化。结果表明,沉积态铝锂合金主要由α(Al)基体和TB(Al7Cu4Li)相组成,晶界处存在少量富铜相;退火后,TB相更加均匀密集地分布在晶粒内部,富铜相基本溶解,晶界处存在少量Al-Cu-Fe杂质相;固溶淬火后,TB相固溶到基体中,晶内存在少量δ′(Al3Li)相;时效后,主要弥散析出θ′(Al2Cu)和σ(Al5Cu6Mg2)相。热处理后铝锂合金的显微硬度、抗拉强度比沉积态的分别提高了47.6%和87.7%。     

激光沉积修复GH4169合金热处理的组织及性能

激光沉积修复GH4169合金强度与塑性仅达到铸件标准Q/5B 453-1995,热处理是改善其力学性能的重要手段。研究了不同热处理工艺对激光沉积修复GH4169合金显微组织和拉伸性能的影响规律,结果表明:激光沉积修复GH4169合金试样经直接时效热处理后,与沉积态相比,枝晶间的Laves相少量熔解,拉伸强度提高,与锻件标准Q/3B 548-1996(高强)相当,而塑性略有下降;且随着时效时间的延长,试样拉伸强度与塑性没有提高。修复试样经固溶处理后,Laves相部分熔解,并在其周围析出大量针状δ相,拉伸强度达到锻件标准,断后伸长率比沉积态提高21%;修复试样经均匀化处理后,Laves相基本熔解,在晶界及晶内均析出了δ相,拉伸强度接近锻件标准,断后伸长率超过了锻件标准27.1%。试验表明合适的热处理能有效提高激光沉积修复GH4169合金的强度与塑性。     

铝含量对激光增材制造TC4合金组织及性能的调控

为提升激光增材制造TC4合金的综合性能,采用铝为合金化组元对其进行组织与性能调控。结果表明:在激光增材制造的非平衡凝固条件下,不同铝添加量的TC4合金凝固组织皆由呈交错排列的β-Ti和α-Ti网篮组织构成,但有所不同的是,随着铝添加量的增加,组织中α-Ti固溶体的相对含量逐渐增多,其尺寸呈现出先减后增的变化趋势,即在铝添加量(质量分数)为1.5%时达到最小。沉积态合金的硬度、屈服强度和摩擦磨损性能随着铝添加量的增加而逐渐增大,而塑性、耐蚀性和表面粗糙度则分别在铝添加量(质量分数)为1.5%时达到最优。这表明,添加1.5%Al的沉积态合金有着最佳的性能匹配,其力学性能、摩擦学性能、电化学性能和成形性能均较TC4合金有了明显提升。     

激光增材制造DZ40M的微观组织及热处理研究

采用激光增材制造技术制备了钴基高温合金DZ40M,研究了沉积态DZ40M的微观组织,对比分析了不同热处理制度下DZ40M的微观组织及力学性能。结果表明,激光增材制造技术得到的DZ40M组织比传统定向凝固的更细,拉伸强度及塑性都有不同程度的增大。1280℃固溶处理能够使DZ40M的初生碳化物充分固溶并析出新的共晶组织,再经950℃或者1020℃的时效处理,有二次碳化物析出,时效处理对DZ40M力学性能起到良好的强化作用,并在一定范围内保留其塑性,其中1280℃/4 h+1020℃/12 h热处理制度处理试样,能够在提高室温抗拉强度的同时,最大程度地保留沉积态塑性。     

激光同轴送粉增材制造TiAl合金的性能

将Ti-48Al-2Cr-2Nb合金粉和铌粉进行机械混合,然后采用激光增材制造工艺成功制备出γ-TiAl合金样品,研究了激光功率、扫描速率和送粉量对沉积成形的影响规律,分析了沉积层的显微组织、相组成、断口形貌及沉积层的硬度分布。研究结果表明:随着激光功率增大,沉积层宽和层高均增大;随着扫描速率增大,沉积层宽和层高均减小;随着送粉量增大,沉积层的宽度增大,沉积层的高度基本不变;最佳工艺参数下得到的沉积试样成形良好,无冶金缺陷存在,沉积层由大量γ相和少量α_2相组成;沿沉积试样Z方向的室温压缩屈服强度为905 MPa,抗压强度为1542 MPa,压缩率14.7%,抗拉强度为425 MPa,断后伸长率为3.3%;压缩试样和拉伸试样的断口均为准解理断口。     

激光沉积修复GH738高温合金的组织与拉伸性能

对GH738镍基高温合金贯通槽式损伤试样进行激光沉积修复,分析了修复试样的显微组织及室温拉伸性能。结果表明:激光沉积修复区组织为典型的外延生长柱状枝晶,枝晶垂直于基体,并趋向激光沉积高度方向贯穿多个沉积层连续生长,修复区中心的枝晶取向出现了较大偏转;修复区内未发现γ′相,且碳化物含量较少,枝晶干上主要为富含Cr、Co的颗粒状M_(23)C_6型碳化物,枝晶间存在少量尺寸相对较大的立方体MC型碳化物,其Ti、Mo含量较高。相比于基体,热影响区中γ′相的尺寸明显增大,部分尺寸超过了200nm,平均间距明显增大;热影响区内的碳化物含量减少,且部分碳化物发生分解。激光沉积修复试样的室温抗拉强度为锻件的78.2%,断后伸长率为锻件的69.2%。     

热处理对激光沉积修复GH4169合金残余应力和拉伸性能的影响

研究了感应加热局部热处理和真空炉整体热处理对激光沉积修复GH4169合金修复件残余应力和拉伸性能的影响。结果表明,激光沉积修复GH4169合金修复件经直接时效热处理后,组织特征变化不大,具有较强生长取向性的外延枝晶组织特征,但枝晶间Laves相出现了部分溶解,残余应力明显消减,拉伸强度显著提高。相比沉积态修复件,局部热处理后残余应力平均降低了33%以上,拉伸强度达到了锻件水平的86%以上;真空热处理后残余应力平均降低了43%以上,拉伸强度达到了锻件水平。     

Mo对激光增材制造NiCrSi合金组织和耐磨性的影响

针对核工业阀门材料Deloro40镍基合金耐磨性急需改善的问题,采用激光增材制造技术通过添加不同质量分数的Mo元素,探究Mo元素对Deloro40镍基合金组织和耐磨性的影响。结果表明,Mo元素的添加促进了Mo₂C、Mo₂O和Ni₃Si₂物相的生成。随着Mo元素的增加,晶粒尺寸细化和组织中生成的硬质相Mo₂C使合金硬度得到提高;试样磨损率均呈现先增加后减小的趋势,在摩擦过程中生成的MoO₂起到润滑作用,降低磨损率。当添加5%Mo试样时,在25℃和400℃工况下合金均表现出优异的耐磨性。     

激光成形GH3536合金的显微组织与力学性能研究

采用激光熔覆沉积（LCD）成形技术在锻造GH3536合金表面制备了GH3536合金,并对其显微组织与力学性能进行研究。结果表明,LCD成形GH3536合金的激光成形区与锻造基材之间形成了宽度为250～320μm的等轴晶结合区。此外,在成形区还发现了宽度为2～2.5 mm具有枝晶结构的鱼鳞状熔池,以及少量孔洞缺陷。在成形过程中,在结合区和成形区析出了M6C和M23C6碳化物。由于成形区GH3536合金具有比基材更高的室温拉伸强度,激光熔覆沉积成形GH3536表现出明显的各向异性,垂直于成形方向材料的抗拉强度与屈服强度比平行于成形方向分别高12.5%和9.1%,但其延伸率低7.7%。由于成形区GH3536合金晶粒尺寸较大,并且存在少量孔洞缺陷,其维氏硬度比基材降低了12.4%。     

激光增材连接TA15钛合金显微组织及力学性能研究

针对某大型复杂整体钛合金构件的激光增材制造,开展了激光增材连接TA15钛合金结构样件的制备,分析了整个结合区的组织及力学性能。结果表明：激光增材连接TA15钛合金结合区的冶金质量良好,连接区的凝固组织是从母材本体外延生长的粗大β柱状晶,显微组织是与母材本体基本相同的超细α+β网篮组织。从低倍照片中可观察到连接区与母材本体的分界线,但高倍金相照片中表面分界线两侧钛合金的显微组织无明显差异。对结合区不同方向的室温拉伸、室温冲击和室温断裂韧度性能进行了测试,并与母材本体的相应性能进行了对比,发现激光增材连接TA15钛合金结合区的力学性能可达到母材本体性能的100%,结合区横向的室温抗拉强度、伸长率、冲击韧性和断裂韧性分别为1046 MPa、7.2%、33.17 J/cm²和78.2 MPa·m^1/2。该结果表明激光增材连接工艺可用于大型整体钛合金构件的高性能制造。     

选区激光熔化Hastelloy-X合金组织演变及拉伸性能

采用选区激光熔化技术加工哈氏合金试样并进行后处理,分别分析了沉积态、热处理态、热处理+热等静压态试样的宏观/微观组织特征,并测试了室温/高温拉伸性能。结果表明,沉积态试样横向/纵向均出现微裂纹,但未出现析出物。热处理后,横向组织为等轴晶,纵向组织为交错分布的细柱状晶和粗柱状晶,这些晶粒内部存在两种形态差异显著的析出物。热等静压处理后,晶粒显著长大,析出物分布均匀化,试样的室温拉伸性能达到锻件标准;相比于纵向拉伸性能,横向拉伸性能具有高强度低塑性的特征。     

点阵结构热交换器激光增材制造及换热性能测定

采用激光粉末床熔化成形增材制造技术制备了具有点阵结构的316L不锈钢、TC4钛合金和铜合金三种不同材料的热交换器。采用微纳计算机断层扫描(CT)技术对制备成形后的点阵结构热交换器进行三维图形的重构,获得热交换面积的数值;测量了激光粉末床熔化成形的点阵结构热交换芯体的尺寸及表面粗糙度;使用由加热单元、流动水和热电偶组成的试验装置(水流量为0.5 L/min,入水口温度恒定为22℃,环境温度为25℃,加热单元的加热功率维持在400 W),对热交换器的换热性能进行了测定。测试结果如下：三种材料的热交换芯体尺寸均达到了150 mm×150 mm,尺寸精度控制在±0.1 mm,表面粗糙度(R_a)小于10μm,热交换效率>1000 m²/m³。相比传统的具有相同芯体尺寸的热交换效率为875 m²/m³的板翅式热交换结构,三种材料的点阵热交换结构(具有相同点阵结构、尺寸、结构表面积和结构表观体积,未考虑材料的热物性参数)在热交换效率提高10%的情况下,体积减小了24.9%,质量减少了6...     

电磁搅拌辅助Ni45合金的激光增材制造

采用有限元和有限体积法,对交变磁场作用下激光增材制造Ni45合金过程进行了磁-热-流耦合数值分析。结合试验,探讨了外加磁场对凝固组织的演化规律和性能的影响。结果表明,外加磁场增强了由表面张力梯度和浮力耦合产生的强制性环流;随着磁场强度的增大,激光熔池的对流传热逐渐增强,这使得激光熔池的温度梯度逐渐减小,凝固速率逐渐增大;受此影响,合金成形体的凝固组织逐渐细化,硬度和摩擦磨损性能提高。     

激光修复GH4169镍基高温合金的高温拉伸性能

采用镍基高温合金FGH95粉末对航空发动机常用材料GH4169合金进行激光修复试验,测试不同工艺参数下修复试样的高温拉伸性能并对其断裂机理进行分析。研究表明,在合适的工艺参数下,修复试样的高温抗拉强度可达到无损试样的85%以上;当激光线能量密度为100J/mm2时,修复试样的高温抗拉强度达到最大值708 MPa,为无损试样的90.4%,其屈服强度也达到最大值538 MPa,超过无损试样的4.3%。修复试样的高温拉伸断裂位置位于基体的热影响区,在激光束照射所产生的交变循环热作用下,热影响区发生的元素偏析是导致修复试样高温拉伸性能下降的主要原因。     

激光熔化沉积TA15/Ti_2AlNb双合金显微组织及拉伸性能

利用激光熔化沉积技术,在TA15合金基板上制备TA15/Ti_2AlNb双合金薄壁试样,分析沉积态和热处理态TA15/Ti_2AlNb双合金微观组织及相组成,对双合金在室温下的力学性能进行测试。结果表明,沉积态TA15/Ti_2AlNb双合金具有良好的力学性能,室温抗拉强度为1096MPa,延伸率为5.2%,断裂位置位于过渡区;热处理态双合金室温抗拉强度为1053 MPa,延伸率为3.2%,断裂位置位于TA15合金侧;沉积态TA15/Ti_2AlNb双合金从TA15合金侧到Ti_2AlNb基合金侧相的转变依次为α和β相,α、α2和β/B2相,α2、β/B2和O相及α2、B2和O相。     

高沉积率激光熔覆沉积GH4169合金的微观组织与拉伸性能

采用高沉积率激光熔覆沉积技术制备了GH4169合金试样,研究了沉积率为2.2kg/h时GH4169合金的微观组织和拉伸断裂机制。结果表明:高沉积率激光熔覆沉积GH4169合金沉积态试样的析出相主要包括Laves相、针状δ相及不均匀分布的γ″和γ′强化相。拉伸测试结果表明,沉积态GH4169高温合金的塑性和强度均低于锻件标准。     

热处理对激光沉积修复GH4169合金高温性能的影响

热处理是改善激光沉积修复GH4169合金力学性能的重要手段。研究了不同热处理方式和时效热处理温度对激光沉积修复GH4169合金高温拉伸性能的影响规律,结果表明:采用局部热处理和真空热处理方式对修复试样进行直接时效热处理后,试样显微组织与沉积态基本一致,枝晶间Laves相少量熔解;真空热处理后试样的高温抗拉强度和屈服强度略高,达到锻件标准Q/3B 548-1996(高强)的86%和95%,断后伸长率略有下降。在提高时效热处理温度后,Laves脆性相进一步轻微熔解,修复试样的高温抗拉强度与屈服强度有所提高,达到锻件标准的92%和98%。