镍基高温合金增材制造研究进展

镍基高温合金因其优异的高温强度及耐腐蚀、抗氧化性能而备受关注,被广泛应用于航空航天等领域。本文对增材制造镍基高温合金的制备方法、常见牌号以及合金的组织与性能进行了综述,总结了当前存在的问题,提出了未来值得探索的研究领域。金属增材制造技术制备的镍基高温合金具有良好性能,能实现复杂构件精密成形,且制备过程中材料浪费少,有望成为未来航空航天等领域中镍基高温合金构件的重要制备工艺。常见的镍基高温合金增材制造方法有粉末床熔化、定向能量沉积和电弧增材制造等,粉末床熔化被广泛用于制造高精度和复杂零件,但制造速度相对较慢,且设备和材料成本较高。定向能量沉积自由度和灵活性更高,可用于制备功能性梯度材料,但精度较低。电弧增材制造具有较低的设备成本和材料成本,适用于大型零件的快速制造,但其制备的合金表面粗糙度较差,需要进行额外的加工或后处理。在增材制造过程中被广泛研究的镍基高温合金包含IN625,Hastelloy X等固溶强化型和IN718,CM247LC,IN738LC等沉淀强化型高温合金。与传统的铸造和锻造方法相比,增材制造独特的逐层成型、快冷快热的制备过程带来了粗大的柱状晶粒组织和大量细小晶粒的独特...     

激光增材制造单晶高温合金研究进展

镍基单晶高温合金具有良好的高温强度、抗氧化和抗腐蚀性能、抗蠕变性能和组织稳定性,被广泛应用于制造航空发动机和燃气轮机叶片。由于其工作条件复杂恶劣,采用有效手段修复单晶叶片可以大大提高其使用寿命。综述了激光增材制造技术制备单晶高温合金的研究现状,介绍了激光增材制造技术制备单晶合金的理论基础,以及控制其单晶凝固组织的困难和不足,着重综述了激光增材制造技术控制单晶高温合金凝固制造的方法,主要包括通过激光参数调控温度梯度及凝固速率,以及通过基体晶体取向控制晶粒外延生长。最后,展望了该领域未来的主要研究方向和发展前景。     

钴基高温合金增材制造研究现状及展望

钴基高温合金是一种在高温下具有高强度、良好的耐热、耐磨和耐腐蚀性能的材料,被广泛用于航空航天等领域。钴基高温合金增材制造技术具有材料利用率高、制造周期短和能够制造较为复杂零件等优点,相对于传统制造技术有巨大的优势,受到了社会的广泛关注。对钴基高温合金的合金化原理进行了阐述,总结了国内外钴基高温合金增材制造所使用的不同工艺方法,重点对钴基激光增材制造技术、钴基电子束激光增材制造技术进行了分析,综述了各种方法的研究现状和最新成果。评价了钴基高温合金增材制造技术在材料利用率、内部缺陷、成形精度、相关标准化方面的不足,并对钴基高温合金增材制造技术发展方向提出了预测。     

镍基高温合金增材制造研究进展EICSCD

镍基高温合金因其优异的高温强度及耐腐蚀、抗氧化性能而备受关注,被广泛应用于航空航天等领域。本文对增材制造镍基高温合金的制备方法、常见牌号以及合金的组织与性能进行了综述,总结了当前存在的问题,提出了未来值得探索的研究领域。金属增材制造技术制备的镍基高温合金具有良好性能,能实现复杂构件精密成形,且制备过程中材料浪费少,有望成为未来航空航天等领域中镍基高温合金构件的重要制备工艺。常见的镍基高温合金增材制造方法有粉末床熔化、定向能量沉积和电弧增材制造等,粉末床熔化被广泛用于制造高精度和复杂零件,但制造速度相对较慢,且设备和材料成本较高。定向能量沉积自由度和灵活性更高,可用于制备功能性梯度材料,但精度较低。电弧增材制造具有较低的设备成本和材料成本,适用于大型零件的快速制造,但其制备的合金表面粗糙度较差,需要进行额外的加工或后处理。在增材制造过程中被广泛研究的镍基高温合金包含IN625,Hastelloy X等固溶强化型和IN718,CM247LC,IN738LC等沉淀强化型高温合金。与传统的铸造和锻造方法相比,增材制造独特的逐层成型、快冷快热的制备过程带来了粗大的柱状晶粒组织和大量细小晶粒的独特微观组织,还形成了独特的熔池组织及位错胞结构。但是,通过增材制造得到的合金一般还需要进行热处理,对晶粒组织、析出相等进行调控,从而影响合金的力学性能。此外,增材制造镍基高温合金的力学性能还与具体制备方法和合金种类有关。尽管目前增材制造已被广泛用于镍基高温合金的制备,但仍面临组织与性能存在各向异性、高性能合金开裂敏感性高以及缺乏相应的规范和标准等问题,将来需要在热处理、专用合金的定制与开发、探索工艺-结构-功能关系以及计算建模等方面深入探索。     

增材制造技术在高温合金零部件成形中的应用

高温合金是指能够在600℃以上复杂应力状态下长期服役的金属材料,被广泛应用于航空航天以及核工业等领域.近年来,增材制造技术发展迅速,并且已经在高温合金零部件成形制造领域进行了大量应用探索.首先分别介绍了基于送粉和送丝的两种典型增材制造技术,以及利用以上两种技术成形得到的高温合金零部件微观组织形貌特征.由增材制造得到的高...     

增材制造镍基高温合金研究进展

镍基高温合金具有强度高、抗氧化能力好、蠕变强度和持久强度好以及抗燃气腐蚀能力的特点,被广泛应用于航空航天、汽车通讯、船舶制造等领域.近年来,增材制造技术的进步加速了增材制造镍基高温合金的发展.激光增材制造对于镍基高温合金的制备具有独特的优势,如生产周期短、成本低以及可进行功能预设等.对于航空发动机及燃气机轮中喷嘴、燃烧室等热段部件以及航天飞行器等复杂零件的成形制造非常有利.目前,相关方面的研究热点主要有激光增材制造过程中凝固组织的变化规律、工艺参数与熔池宏观形态间的关系、残余应力的分析以及缺陷的探究.本文综述了增材制造技术制备镍基高温合金的研究进展,简要概括了增材制造技术和镍基高温合金的发展概况,总结了用增材制造技术制备的镍基高温合金成形件的显微组织、后处理后组织的变化及其对力学性能的影响,最后阐述了增材制造镍基高温合金成形件存在的缺陷及解决方法.     

镍基高温合金CM247LC增材制造研究进展

航空航天领域的热端部件逐渐呈现结构复杂化和高耐热高承载的发展趋势,高温合金增材制造已成为高耐热承载复杂结构部件成形制造的重要技术方案。主要介绍了增材制造CM247LC合金微观组织特点,并对冶金缺陷形成机理与消除方法进行了综述。已有研究表明,增材制造CM247LC合金具有精细的晶粒尺寸,表现出强烈的<001>织构,增材制造CM247LC合金的胞界处存在尺寸约50 nm的颗粒状γ’相,并且胞界处存在Ti、Hf、Ta、W、C等元素明显富集的碳化物。裂纹是CM247LC合金在增材制造过程中最难以解决的冶金缺陷,仅通过优化工艺参数难以真正解决裂纹缺陷,合理优化成分有望实现裂纹消除,但优化了成分的合金在增材制造后的全面性能有待进一步评估。     

电子束选区熔化(SEBM)增材制造高温合金研究进展

高温合金具有优异的抗氧化、耐腐蚀等性能,被广泛应用于航空发动机热端部件。以激光、电子束等高能束流为热源的增材制造(additive manufacturing, AM)技术在制备复杂结构高温合金部件方面具有显著优势：不仅能缩短生产制造周期、降低研发成本,而且能够细化合金组织,提高合金力学性能。但随着高温合金中铝、钛含量的增加,γ′相体积占比增大,合金高温力学性能提升的同时也造成其可焊性差,给增材制造该类高温合金带来挑战。与激光选区熔化(selective laser melting, SLM)技术相比,电子束选区熔化(selective electron beam melting, SEBM)技术可通过粉末床预热缓解合金凝固热应力,有利于降低增材制造时的热裂倾向。针对近年来国内外SEBM技术制备镍基高温合金、钴基高温合金等合金所涉及的工艺参数、微观组织、力学性能及应用等方面进行了综述,包括作者课题组新近的成果,并指出该领域的未来发展方向。     

航天用镍基高温合金及其激光增材制造研究现状

新型航天器用镍基高温合金部件呈现出复杂化、薄壁化、复合化、一体化的发展趋势,使得传统的铸造或锻造加工技术无法胜任。基于逐层堆积的激光增材制造(LAM)技术是实现这类复杂部件制备的理想解决方案,能够进一步赋予高温合金更高的价值,极大地推动航天装备的发展。首先介绍了航天领域常用的镍基高温合金种类,然后以研究最多的IN 718和IN 625合金为例,总结了镍基高温合金增材制造的研究现状:归纳了镍基高温合金增材制造工艺优化方法,表明增材制造综合加工图和实验设计方法是两种行之有效的方法;指出了增材制造镍基高温合金材料的微观组织特点,讨论了增材制造后续热处理对材料微观组织和力学性能的影响规律,表明增材制造技术极快速冷却的特点引起镍基高温合金材料内部存在普遍的局部微观偏析现象,导致常规热处理工艺不再是最优工艺;并通过5个典型的增材制造镍基高温合金航天构件案例展示了增材制造技术的优势。在此基础上,针对镍基高温合金增材制造过程中存在的关键科学问题和技术难题,展望了增材制造镍基高温合金未来的研究方向。     

激光增材制造FGH96镍基高温合金柱状晶微观组织研究

利用EBSD技术对激光增材制造FGH96镍基高温合金的柱状晶显微组织进行了研究,结果表明:激光增材制造FGH96镍基高温合金基本上为柱状晶组织,接近表面生成细小等轴晶。所制备不同厚度合金中的组织和织构存在差别,厚度为2mm时,组织主要以具有15°小角度晶界的柱状晶为主,大角度晶界只占约4%,柱状晶大部分为立方织构{001}〈100〉,含量为83.3%;厚度为5mm时,组织主要为柱状晶和等轴晶,柱状晶中全部为10°以下小角度晶界,柱状晶区域织构主要是{001}〈120〉和{001}〈230〉,含量分别为34.8%和43.3%,等轴晶区域主要存在一种织构{113}〈141〉,其含量为98.3%,等轴晶中主要存在5°以下的小角度晶界。     

高温合金GH4169电子束熔丝增材制造工艺研究

目的 研究GH4169合金电子束熔丝增材制造过程中电子束流参数的选择方法及组织特征.方法 在其他工艺参数不变的条件下,分析电子束流的大小对单层成形形貌的影响,寻找最佳电子束流参数值;采用光学显微观察增材制造GH4169合金柱状晶组织.结果 获得了不同电子束流条件下,单熔覆层表面形貌、横截面形貌、熔覆宽度和高度数据,以及...     

船舶增材制造的认可与船级社标准分析

增材制造技术在各行业的发展趋于成熟,船舶领域方面的应用发展也有了广泛进展。针对船舶领域的增材制造应用,分析研究了目前船舶领域应用中主流的粉末床熔融、定向能量沉积和电弧熔丝沉积的技术原理、技术应用、设计评估、认可和检验。重点分析了中国船级社《增材制造检验指南》部分典型船用产品增材制造技术与认可检验流程,以及增材修复工艺认可流程,研究验证了标准体系对船舶增材制造技术的必要性。     

增材制造技术在航空铸造领域的应用

增材制造技术是一种兼顾精准成型和高性能的一体化制造技术,其产品因生产周期短、成本低和复杂结构构件制备等方面的优势而备受关注,在多个领域都有所应用。铸造技术作为一种典型的传统工艺,在复杂结构构件和大型件制造方面也具有独特优势,即使在材料加工技术日新月异的今天也无法被取代,但铸造技术也因为长周期、复杂成型件的冶金及尺寸缺陷控制困难等因素的限制,需要谋求新的工艺发展方向。对于航空铸件而言,缩短研制周期,提高冶金质量尤为重要,本文旨在探讨增材制造技术在航空铸件制造方向的应用,将增材制造技术与传统的铸造技术进行深度融合,实现航空铸件短周期、低成本、高性能、精确成型和功能优先设计。     

Additive Manufacturing of Precision Biomaterials

Biomaterials play a critical role in modern medicine as surgical guides, implants for tissue repair, and as drug delivery systems. The emerging paradigm of precision medicine exploits individual patient information to tailor clinical therapy. While the main focus of precision medicine to date is the design of improved pharmaceutical treatments based on “-omics” data, the concept extends to all forms of customized medical care. This includes the design of precision biomaterials that are tailored to meet specific patient needs. Additive manufacturing (AM) enables free-form manufacturing and mass customization, and is a critical enabling technology for the clinical implementation of precision biomaterials. Materials scientists and engineers can contribute to the realization of precision biomaterials by developing new AM technologies, synthesizing advanced (bio)materials for AM, and improving medical-image-based digital design. As the field matures, AM is poised to provide patient-specific tissue and organ substitutes, reproducible microtissues for drug screening and disease modeling, personalized drug delivery systems, as well as customized medical devices.