GO/AlSi10Mg激光熔化沉积组织性能研究

针对铝合金激光熔化沉积件强韧性差等问题,提出一种溶剂蒸发法制备具有粉末球形度高、流动性好、激光吸收率高且氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)均匀分散的GO/AlSi10Mg复合粉末,采用激光溶化沉积技术(Laser melting deposition,LMD)分别打印AlSi10Mg成形件和GO/AlSi10Mg成形件,对比分析两种LMD成形件的微观组织和力学性能,探究GO调控AlSi10Mg合金成形件强韧性的机理。结果表明,添加0.1%GO的LMD成形复合材料抗拉强度提升了10.3%,延伸率提高了170%,硬度提高了5.8%,拉伸断口从脆性断裂特征转变成韧性断裂特征。GO在高能激光的作用下发生还原反应生成石墨烯,石墨烯对复合材料起到了晶粒细化的效果。拉伸试验过程中位错在石墨烯附近聚集并缠结,石墨烯在铝基体中的钉扎作用阻碍了位错的移动、促进了位错增殖,而且石墨烯与Al基体有较强界面结合,起到载荷转移和桥接作用。由于晶粒细化、位错强化、载荷转移强化以及桥接作用,提出的GO/AlSi10Mg激光熔化沉积技术提高了铝合金成形件的强韧性,为铝合金激光熔化沉积技术的应用和发展提供了...     

热处理对增材制造AlSi10Mg超精密车削特性的影响机理

由于激光选区熔化(增材制造)直接成型的AlSi10Mg合金零件表面相对粗糙,很难满足对表面精度要求高的行业需求。而具有获取纳米级表面精度能力的超精密加工为提高激光选区熔化零件的表面质量提供了有前景的后处理解决方案。采用金刚石刀具分别对直接成型、低温退火、固溶处理以及时效处理后的AlSi10Mg合金的微量切削特性进行研究,讨论微观组织演变与切削参数对AlSi10Mg合金的超精密切削特性的影响机理,揭示热处理状态对切削力、切削表面质量与切屑形貌等的影响规律。以探索快速高效地将成型零件表面质量提高到镜面水平的方法。结果表明：激光选区熔化直接成型的AlSi10Mg合金微观组织以微米级的网格结构为主,其显微维氏硬度和切削力均大于热处理后的样品;切削力同时受到合金的微观组织和力学性能的综合影响;直接成型的样品沟槽表面质量最好,低温退火样品次之,固溶处理样品最差;高温热处理后形成的大块的Si颗粒会增加切屑的脆性,并降低样品的X轴切削力;增加切削深度和切削速度均会导致切削力的增加和表面质量的恶化,且切削深度对切削力和表面质量的影响更大;直接成型样品的镜面加工质量最好,表面粗糙度(Ra)数值可降低到11.2 nm,远低于直接成型样品的～10 µm。本研究为实现激光选区熔化成立铝合金零件的表面质量提升到镜面水平提供了理论和应用参考。     

能量密度对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金缺陷及力学性能的影响

分析了能量密度对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金致密度的影响规律，并采用微纳CT检测结合EDS能谱分析的方法，统计了试样内部缺陷的类型和尺寸，分析了缺陷在试样三维层面上的分布规律及产生原因，得出了影响激光选区熔化成形AlSi10Mg合金致密度和内部缺陷的主要因素。结果表明，合适的激光能量输入是获得高致密度的关键，当激光能量密度处于47.62~50.00 J/mm³区间时，试样致密度最高，此时试样中夹杂缺陷消失，孔洞缺陷最大尺寸降至0.056 mm。孔洞缺陷产生原因主要与未熔粉体、空心粉及氧化物有关。在优选激光能量密度区间内成形的AlSi10Mg合金试样，其平均抗拉强度和伸长率分别在294 MPa和8.0%以上，优于铸造AlSi10Mg合金。     

扫描方式与预热温度对激光选区熔化制备大尺寸AlSi10Mg合金性能的影响

采用激光选区熔化技术制备大尺寸AlSi10Mg合金试样,研究了扫描方式(棋盘式扫描与均匀扫描)及基板预热温度(80℃和120℃)对AlSi10Mg合金试样显微组织、密度和力学性能等的影响。结果表明:扫描方式是影响试样相对密度、拉伸性能和冲击性能的主要因素,而预热温度主要影响试样的硬度;预热温度80℃、棋盘式扫描方式下试样的相对密度最大(98.69%),拉伸性能和冲击韧性最好;预热120℃、棋盘式扫描方式下试样的硬度最高(257HV)。     

3%SiC/AlSi10Mg复合材料SLM成形力学性能与组织分析

随着航天技术的发展,航天器结构对铝合金的强度提出了更高的要求。采用机械混合法配比3%SiC/AlSi10Mg复合材料粉体,用激光选区熔化(SLM)技术制备3%SiC/AlSi10Mg复合材料。研究了SLM成形铝基复合材料的显微组织及力学性能。研究表明,复合材料中SiC分布不均匀,存在局部团聚现象,界面处存在微小裂纹;在第二相强化的作用下,材料的硬度及抗拉强度均有提高,延伸率有所下降,热处理后复合材料抗拉强度较基体提高了15.5%。     

Sn对AlSi7Cu2Mg合金性能和组织的影响

通过拉伸测试、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）二次电子像、背散射电子像和微区能谱分析,研究了Sn对AlSi7Cu2Mg合金性能和组织的影响。结果表明,当Sn含量（质量分数）大于0.2%时,AlSi7Cu2Mg合金的抗拉强度和延伸率显著降低。添加了Sn元素的AlSi7Cu2Mg合金中Si相粗化,大小不一且分布不均匀。     

激光立体成形TC4合金的显微组织和拉伸性能

采用激光立体成形技术制备TC4合金(沉积态)并进行退火处理,研究了沉积态和退火态合金的显微组织和拉伸性能,并与传统TC4合金的进行了对比。结果表明:激光立体成形合金的沉积态显微组织主要由针状马氏体α和β相组成,原始β晶界清晰可见,退火态显微组织由α板条和板条间β相组成;与沉积态组织相比,退火态组织中α相的体积分数增加,α板条粗化;沉积态和退火态激光立体成形合金的拉伸性能均优于传统退火态TC4合金的,退火处理降低了合金在垂直于和平行于扫描方向上的性能差异;与沉积态合金的相比,退火态合金在平行于扫描方向上的抗拉强度和屈服强度下降,伸长率和断面收缩率增大,在垂直于扫描方向上二者的拉伸性能相差很小;沉积态和退火态合金的拉伸断口均呈韧窝特征,断裂机制均为韧性断裂。     

热处理对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金中共晶硅形貌与分布的影响

通过激光选区熔化(SLM)技术制备AlSi10Mg合金,分析了沉积态合金的显微组织,研究了3种热处理工艺(T6、T2、T6+T2)对共晶硅形貌和分布的影响。结果表明:沉积态合金表面熔池由中心向边界依次为细晶区、粗晶区和重熔区,合金中共晶硅呈短纤维状,尺寸为纳米级;热处理前后,AlSi10Mg合金均由铝、硅以及Mg_2Si相组成;热处理后共晶硅分布更加均匀,组织均匀性提高;沉积态合金依次经T6,T2工艺处理后,其共晶硅的硅元素含量增加,共晶硅纯度提高。     

热处理工艺对MgZnCa合金组织及性能的影响

利用金相分析、拉伸实验和硬度检测等方法分析了Mg3Zn1Ca镁合金在固溶态、时效态及均匀化退火态下的显微组织、拉伸强度及硬度等。结果表明:Mg3Zn1Ca镁合金经不同热处理后,其晶界处组织均发生回溶,由铸态时的连续状变为断续状或球状;拉伸性能均呈增大趋势,在时效处理后,其抗拉强度增大至最大值257MPa,延伸率增加至最大值18%,均匀化退火处理后,硬度增加至最大值HV90。不同热处理工艺,均可使合金断口形貌由铸态时的脆性断裂变为韧性断裂,其中,时效处理的组织断口主要为"韧窝"形貌。     

选区激光熔化成形Inconel625合金的显微组织及力学性能

采用雾化方法制备了Inconel 625合金粉,利用选区激光熔化成形技术将该合金粉直接成形制备了金相、拉伸和冲击试样,研究了其表面残余应力、显微组织及退火前后的力学性能。结果表明:试样表面有少量微裂纹,内部存在少量碳氧夹杂物颗粒,显微组织均匀致密,由单一奥氏体相组成;退火前试样的表面残余拉应力为398 MPa,高于经1 140℃×2h退火处理后试样的(242 MPa),其平均屈服强度、抗拉强度、冲击功、断后伸长率和断面收缩率分别为743 MPa,1 043 MPa,139J,31.4%和49.6%,而退火处理后试样的屈服强度、抗拉强度降低,冲击功、伸长率和断面收缩率有所增加;退火前试样的拉伸和冲击断口均呈韧性断裂特征。     

微量锆元素对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金组织及性能的影响

采用激光选区熔化技术制备添加不同质量分数(0～0.5％)锆元素的AlSi10Mg合金,并进行了固溶时效处理,研究了锆元素对合金组织及性能的影响.结果表明:热处理前合金均主要由α-Al相和共晶硅相组成,添加锆后合金中生成ZrAlSi相,随着锆添加量的增加,α-Al相和共晶硅相先细化后粗化,在锆质量分数为0.3％时细化效果...     

激光选区熔化成形铝合金的组织、性能与倾斜面成形质量

采用优化工艺参数对AlSi10Mg铝合金进行激光选区熔化(SLM)成形,对平行于和垂直于SLM成形方向的显微组织、拉伸性能、冲击性能以及相对密度进行了对比研究;分析了SLM直接成形不同倾斜角度倾斜面的成形质量。结果表明:平行于SLM成形方向的显微组织与垂直于SLM成形方向的在生长方向上存在差异性;沿垂直于SLM成形方向截取试样的平均抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、冲击功分别为364 MPa,303 MPa,6.7%,5.1J,高于平行于SLM成形方向的;当倾斜角度不大于45°时,倾斜面成形质量较好,当倾斜角度大于50°时,倾斜面下表面出现坍塌现象。     

激光选区熔化Hastelloy-X合金的显微组织与拉伸性能

采用激光选区熔化技术制备了Hastelloy-X合金(沉积态),并依次进行了热等静压和热处理,研究了不同处理后合金的显微组织和室温拉伸性能。结果表明:当线能量为98J·m~(-1)时,沉积态Hastelloy-X合金组织中存在气孔、未熔粉等缺陷和熔池界、枝晶等亚结构,随着线能量的增大,合金的相对密度提高,缺陷数量减少;经热等静压处理后,组织由等轴晶和网状碳化物组成,经热等静压+热处理后,部分网状碳化物溶解并呈弥散分布,晶内析出细小的第二相;沉积态合金的断裂方式为脆性断裂,经热等静压处理后,合金的塑性提高,断口呈二次裂纹+韧窝的混合型形貌,经热等静压+热处理后,合金的塑性进一步提高,室温拉伸性能优于锻件的标准指标,断口呈以破裂碳化物为韧窝中心的韧性断裂形貌。     

激光选区成形Cu-Al-Mn-Ti记忆合金的工艺及性能研究

采用激光选区熔化技术成形了Cu-11.85Al-3.2Mn-0.1Ti(质量分数)合金。采用排水法对成形块体试样进行了致密度测试,优化了工艺参数,对试样进行了物相分析和微观组织分析,利用优化的工艺参数成形了拉伸试样和变形测试试样,测试在不同温度下拉伸试样的力学性能,通过DSC曲线分析了试样的相变温度及变形试样的记忆性能。结果表明,当激光功率为270W,扫描速度为500 mm/s,层厚为0.025 mm,扫描间距为0.1 mm时,试样具有接近100%的致密度;试样的物相中主要为马氏体相和Cu2Al Mn相,微观组织中观察到了马氏体组织,并且多为层错结构;拉伸试样在200℃时具有最大抗拉强度825.6 MPa,延伸率为20.3%且延伸率随着温度的升高而增大;试样的马氏体相变开始温度约为260℃,结束温度约为249℃,奥氏体转变温度高于400℃,形变回复率在57%以上。     

激光能量密度对激光选区熔化Cu-Al-Ni-Ti合金相对密度、微观组织和力学性能的影响

采用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)成形制备了不同工艺参数下Cu-Al-Ni-Ti铜基形状记忆合金试样。用排水法测试了块体试样的相对密度,对试样进行了显微组织分析和热分析,测试了拉伸试样在不同温度下的力学性能和测试试样的形状记忆性能,研究了激光能量密度对相对密度、显微组织和常温力学性能的影响规律。结果表明:块体试样的相对密度随激光能量密度的增大先增大再减小,试样的相对密度最大值达99.9%;当激光能量密度适中时(107J/mm3),熔化道连续且无明显缺陷,激光能量密度过低或者过高,试样会产生熔化道不连续或者球化等缺陷;拉伸试样的常温拉伸性能随激光能量密度的增大先增大再减小,常温下试样最大抗拉强度和延伸率分别为541MPa和7.63%。在300℃下试样的抗拉强度提升至最大为611MPa,延伸率提升至10.78%。试样的马氏体相变开始温度Ms约为83℃,结束温度Mf约为40℃,形变回复率接近90%。     

高能束增材制造钛铝合金的研究进展

选区激光熔化和电子束选区熔化增材制造是较理想的先进高能束增材制造技术.选区激光熔化和电子束选区熔化制备钛铝合金的组织细小,力学性能明显优于铸造合金的,成形后通过合理的热处理工艺,合金能获得良好的高温抗蠕变性能和延展性.高能束增材制造技术很好地解决了传统钛铝合金构件成形问题.综述了钛铝预合金粉末的制备工艺、选区激光熔化和...     

选区激光熔化成形H13钢缺陷、组织调控及拉伸性能

成形工艺-组织-性能一体化调控一直是选区激光熔化成形工具钢领域重要研究内容。利用高激光功率、高扫描速度选区激光熔化工艺直接获得马氏体组织H13钢构件,表征了不同工艺条件下H13成形件的缺陷、显微组织及拉伸性能。研究表明:在较高的激光体能量密度ω(130.0 J/mm~3)下,熔池前端和后端易产生较大的表面张力差异,使得熔池中心的熔体更倾向于向熔池后端流动,从而造成熔池后端的突起现象,进而降低成形致密度。过低的ω(52.0 J/mm~3)引起过大的液相动力学粘度μ,显著降低了熔体的流动性,熔体的润湿性下降,从而导致较差的层间结合。当ω=86.7 J/mm~3时,熔池具有较适宜的动力学粘度μ及较好的熔体润湿能力,熔体得以顺利铺展,增强了层与层之间的冶金结合,成形致密度提升到98.2%,此时成形件内残余奥氏体含量仅为3.4%,表现出该工艺下良好的自淬火效应。成形件力学性能存在各向异性,其制造方向强度和延伸率都低于水平方向。最优参数下,水平方向成形件的平均拉伸强度为1 576 MPa,而平均延伸率仅为5.6%,成形件中的非均匀组织、较大的热应力及相变应力是成形件延伸率较低的主要因素。研究表明如何提升H13钢选区激光熔化成形件的塑韧性是目前亟待解决的问题。     

选择性激光熔化17-4PH合金的成形研究

对17-4 PH合金选择性激光熔化成形(SLM)热处理前后的力学性能和微观组织进行了研究,并与锻造零件进行了对比。结果表明,SLM成形方向不同和热处理对成形试样力学性能和微观组织有显著的影响。0°成形方向力学性能明显优于30°成形方向试件,热处理后SLM试件的性能有显著的提高,同等热处理条件下的SLM试件拉伸强度优于锻造件。不同成形方向成形过程中热经历的不同是引起了成形试件微观组织和力学性能之间存在差异的主要原因。缺陷对拉伸强度和屈服强度没有显著的影响,对断裂延伸率影响较大。17-4 P H SLM成形件微观组织由马氏体和奥氏体混合二重组织组成,热处理后的组织比直接沉积成形的组织更加均匀。     

添加锰铬对车辆用Al-Mg-Si-Cu系铝合金显微组织与拉伸性能的影响

熔炼制备了单独添加锰、铬以及复合添加锰铬的Al-Mg-Si-Cu系铝合金铸锭,并依次进行560℃×10h均匀化退火处理、热挤压成形和T6处理(535℃×75min水淬+175℃×10h时效),研究了锰和铬的添加对合金显微组织与拉伸性能的影响。结果表明:在均匀化退火过程中,锰或铬会置换Al-Fe-Si相中的部分铁原子,促进杆状_β-Al_9Fe_2Si_2相向颗粒状α-Al_8Fe_2Si相转变,从而在组织中形成α-Al_8(FeMn)_2Si,α-Al_8(FeCr)_2Si或α-Al_8(FeMnCr)_2Si相;T6处理后,与单独添加铬的相比,单独添加锰后试验合金晶内针状_β″相较少,晶界附近的亚微米级相数量较多;与未添加锰铬的相比,单独添加锰、铬或复合添加锰铬后试验合金的强度和伸长率提高,拉伸断裂形式均为韧性断裂,且复合添加质量分数0.10%锰和质量分数0.15%铬时的拉伸性能最优。     

后处理对激光选区熔化成形Ti-6Al-4V钛合金力学性能的影响

采用激光选区熔化技术直接成形Ti-6Al-4V钛合金静力试验件,对部分试验件进行热处理或热等静压处理,并对三种状态的部分试验件进行表面打磨,通过试验对比研究了热处理/热等静压、表面处理等后处理工艺对激光选区熔化Ti-6Al-4V力学性能的影响。采用光学显微镜和扫描电镜对不同状态试验件的微观组织和断口形貌进行了观察,分析力学性能变化的原因。热处理和热等静压后,激光选区熔化Ti-6Al-4V钛合金试验件的极限强度有所下降,但延伸率提高约50%,韧性增强。表面打磨处理使热等静压态试验件屈服和极限强度均提高了约30 MPa,但未引起沉积态和热处理态试验件力学性能的明显改变。