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。     

选区激光熔化专用AlSiMg合金成分设计及力学性能

应用"团簇+连接原子"模型,基于合金液-固局域结构相容性和金属选区激光熔化(SLM)工艺熔体急冷的技术特性,设计高Mg含量SLM专用AlSiMg1.5合金新成分,系统研究时效温度和时间对SLM成形AlSiMg1.5合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,通过调整工艺参数,可获得近乎全致密的SLM成形样品。当时效温度为300℃时,随着时效时间的延长,SLM成形样品岛状富Al组织中过固溶Si逐渐析出长大,网格状富Si组织逐渐分解球化,样品的硬度和压缩屈服强度逐渐降低,塑性明显增加。当时效温度为150℃时,不同时效时间下SLM成形样品的显微组织没有发生明显变化,但硬度和屈服强度随时效时间的延长先增大后略有降低。SLM成形AlSiMg1.5样品经150℃时效处理后的最大显微硬度和压缩屈服强度分别为(169±1) HV和(453±4) MPa,样品延伸率超过25%。本工作设计获得了成形性和力学性能优异的SLM专用铝合金新成分Al91.0Si7.5Mg1.5(质量分数,%)。     

Er改性铝合金的选区激光熔化成形性及力学性能

通过选区激光熔化(SLM)技术制备了Al-Mg-Mn-Er-Zr铝合金,系统研究了不同工艺参数对合金粉末成形性以及时效处理对沉积态样品力学性能的影响。结果表明：高激光能量密度下获得的样品不存在微裂纹,样品的孔隙率较低,最低约为0.4%。样品以柱状晶为主,熔池边界分布有少量等轴晶,平均晶粒宽度约为5μm。样品中主要包含α(Al)、Al₆Mn和L12型晶体相。在350℃下,样品的硬度和压缩屈服强度随时效时间的延长先增加后降低,最大值分别为(171±1) HV和(555±12) MPa。     

时效温度对选区激光熔化高强AlSiMg1.4合金组织和力学性能的影响

研究了时效温度对选区激光熔化成形高Mg含量AlSiMg1.4合金组织和力学性能的影响。结果表明：SLM沉积态样品具有典型的熔池状显微组织,熔池内部为贯穿的柱状晶,熔池边界为等轴晶,晶粒内部存在胞状亚结构。Mg含量的增加有效提升了合金α(Al)基体中Mg的固溶量,有利于沉积态AlSiMg1.4样品中Mg-Si团簇的形成及直接时效样品中Mg-Si纳米强化相的析出,从而有效提升了合金的强度。样品经150℃直接时效处理2 h后,其屈服强度和抗拉强度分别超过320 MPa和530 MPa,优于传统SLM成形AlSi-Mg合金。由于不同沉积方向上熔道分布和胞状亚结构尺寸的不同,导致沉积态样品和150℃时效态样品具有明显的力学性能各向异性。当时效温度增加至300℃和400℃时,由于不同沉积方向样品的显微组织逐渐趋同,使得样品的力学性能各向异性逐渐消失,但网格状富Si组织的分解导致样品的强度大幅降低。     

后处理对选区激光熔化成形K536合金显微组织及力学性能的影响

采用选区激光熔化技术成形K536合金并对其进行后处理,分别分析了沉积态、退火态、退火+固溶态、退火+固溶+热等静压态合金试样的显微组织和力学性能.结果表明:沉积态试样横、纵向截面均产生微裂纹;退火态试样的横向截面组织为等轴晶,纵向晶粒形态为柱状晶,且晶粒尺寸波动较大,形成了交替分布的细晶区和粗晶区;退火+固溶态试样发生...     

热处理对激光选区熔化成形Inconel 718合金显微组织结构和力学性能的影响

主要研究了激光选区熔化(selective laser melting,SLM)成形Inconel 718合金经固溶时效(SA)、均匀化+固溶时效(H+SA)、热等静压+固溶时效(HIP+SA)3种热处理后显微组织结构的转变与力学性能之间的关系.结果表明,沉积态试样的晶粒内部存在大量树枝晶结构,枝晶间析出了大量硬脆La...     

选区激光熔化成形12CrNi2合金钢的显微组织和力学性能

利用选区激光熔化(SLM)技术制备了12CrNi2合金钢. 借助金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、显微硬度仪、室温拉伸试验等方法研究了激光能量密度对合金钢显微组织和力学性能的影响. 结果表明,成形合金钢的宏观组织可分为熔池区与热影响区两部分,微观组织为回火马氏体和少量残余奥氏体. 随激光能量密度(E_V)增加,成形合金钢的孔洞缺陷逐渐减少,致密度逐渐增加,最高可达到99.87%;同时,熔池体积增大,寿命增加,冷却速度降低,导致回火马氏体板条宽化,热影响区变宽,合金钢的显微硬度和强度降低,塑性增加. 在E_V为81.34 J/mm3条件下,SLM成形12CrNi2合金钢具有最优强塑性,抗拉强度和屈服强度分别为1098和882 MPa,断后伸长率为20.07%. 采用SLM技术成形12CrNi2合金钢可获得比激光熔化沉积(LMD)和铸造成形更佳的综合力学性能.     

选区激光熔化铝合金的组织和力学性能

通过选区激光熔化(SLM)工艺成型AlSi10Mg试样,研究其显微组织和力学性能。采用某公司生产的AFS-M260选区激光熔化成型机打印AlSi10Mg试样,综合使用显微硬度仪、光学显微镜、扫描电镜、XRD衍射仪进行分析,得出其显微硬度、组织形貌、元素分布和物相组成。由于SLM独特的成型方式而引起共晶结构定向生长,使得试样微观组织在横纵方向呈现各向异性,但相同截面上组织从熔池边界到内部呈现梯度结构,可分为3个区域:粗晶区、热影响区、细晶区,各区域横纵截面对应的α-Al基体尺寸、平均共晶Si宽度、共晶组织含量均呈现下降趋势。试样的硬度显著大于传统铸态试样,但横纵截面相差不大。SLM成型得到的AlSi10Mg试样硬度性能极其优良,成型组织细小,这主要与SLM成型的高冷却速率相关。     

激光熔化沉积TC2钛合金显微组织及力学性能

采用激光熔化沉积直接成形技术制备了TC2钛合金中空薄壁盒,通过光学显微镜和X射线衍射仪分别分析了显微组织和相组成,并测试了室温拉伸性能.结果表明,激光熔化沉积TC2钛合金具有细小的网篮组织和优异的室温拉伸性能,但其塑性存在明显的各向异性,纵向伸长率较横向提高约42.5%.     

Microstructure and properties of AlSi7Mg alloy fabricated by selective laser melting

The AlSi7Mg alloy was fabricated by selective laser melting (SLM), and its microstructure and properties at different building directions after heat treatment were analyzed. Results show that the microstructure of SLM AlSi7Mg samples containes three zones:fine grain zone, coarse grain zone, and heat affected zone. The fine-grain regions locate inside the molten pool, and the grains are equiaxed. The coarse-grain regions locate in the overlap of molten pools. After T6 treatment, the microstructure at the molten pool boundary is still the network eutectic Si, but the network structure becomes discrete, and is composed of intermittent, chain-like eutectic Si particles. The yield strength at three directions (xy, 45°, z direction) of the AlSi7Mg alloy samples fabricated by SLM is improved after T6 heat treatment. The fracture mechanism of the samples is a mixed ductile and brittle fracture before heat treatment and ductile fracture after heat treatment.     

激光快速成形TA15钛合金氩弧焊接头组织及力学性能

对激光快速成形TA15钛合金与轧制TA15钛合金薄板进行了氩弧焊接试验,观察分析了焊接接头各区域组织特征,测试了焊接接头各区域的显微硬度以及室温拉伸性能.结果表明,激光快速成形件与轧制薄板氩弧焊焊缝凝固组织是具有粗大片状α+β组织特征外延定向生长的柱状晶.轧制件对焊接热影响敏感性强,热影响区晶粒发生严重长大现象,激光成形件靠近焊缝热影响区晶粒转变为等轴晶,距焊缝较远的热影响区仍保持柱状晶.激光成形件热影响区硬度最高,焊缝区及轧制件热影响区的硬度最低.焊接接头抗拉强度低于母材,塑性与轧制件相当,断裂位置位于轧制件热影响区.     

选区激光熔化法制备的M2052锰铜合金的组织与性能

使用真空感应熔炼气雾化法(VIGA)制备M2052锰铜粉末,通过选区激光熔化技术(SLM)直接成形合金试样,经固溶时效处理和热等静压加工,从热力学计算、显微组织分析及力学性能测试等方面对SLM法制备的锰铜合金进行了研究。研究发现SLM法成形的锰铜合金的抗拉和屈服强度较高,但冲击吸收能量低,塑性差。经过热等静压处理后,合金的综合力学性能明显提高。     

多孔件TC4选区激光熔化成形及力学性能分析

采用选区激光熔化成形技术制备了两种钛合金体心立方多孔结构(BCC和BCC-Z)制件,验证了其成形复杂孔制件的可行性;进行了静态压缩试验,结果表明制件沿近45°方向断裂;压缩试验应力应变曲线表明多孔件使材料抗拉强度大大减小,且随着边径比和孔隙率的增大,峰值应力减小。同时,在边径比和孔隙率相差不大的情况下,BCC-Z结构承受载荷的能力明显高于BCC结构;通过有限元模拟分析了BCC制件在压缩过程中的应力分布情况,针对单元体节点处的应力集中现象,提出了节点加固方法。同时预测了多孔制件的弹性模量和屈服强度,模拟与试验结果基本吻合。     

激光熔化沉积2195铝锂合金微观组织演变及力学性能

采用激光熔化沉积技术对2195铝锂合金进行制备,通过单道以及搭接试验分析激光熔化沉积2195铝锂合金的最佳工艺参数,并利用光学显微镜(OM)等表征方法对其微观组织进行系统研究。结果表明,最佳沉积工艺参数为扫描功率1400 W,扫描速度480 mm/min,扫描间距1.6 mm。利用最佳工艺参数进行5层堆叠块体打印所得激光熔化沉积2195铝锂合金的微观组织中会出现沿晶界分布的析出相TB(Al₇Cu₄Li)相;激光熔化沉积2195铝锂合金经450℃固溶2 h后,合金中的第二相发生回溶;155℃时效32 h水冷后,合金中的不稳定过饱和固溶体Al₇Cu₄Li相会析出稳定的第二相,形成稳定时效态组织,硬度比固溶处理试样明显增加。     

Zr含量对选区激光熔化IN738LC合金裂纹形成及力学性能的影响

选用工业用IN738LC合金粉末在相同打印工艺参数下,系统研究两批次不同Zr含量粉末(分别为0.024％和0.12％,质量分数)打印件在选区激光熔化成形过程中的裂纹密度、分布、形成机理及其对力学性能的影响.结果表明:当原始粉末中Zr含量从0.024％增加到0.12％时,裂纹密度(面积占比)在XOY面由0.15％增加到0...     

热处理时间对激光选区成形TC4钛合金组织及力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和电子万能试验机研究固溶时效工艺中时间参数对激光选区成形(SLM)TC4(Ti6Al4V)钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,退火态的SLM成形TC4钛合金的显微组织主要由连续的晶界α相(α_GB)、网篮状α相和β转变组织组成。经固溶时效处理后,试样的显微组织均呈现为网篮组织。在固溶温度为920 ℃,时效工艺为550 ℃×3 h,空冷的条件下,随着固溶时间从2 h增加为6 h,初生α相粗化明显,部分α_P相的晶粒长度可达16 μm;片状α相也发生粗化,晶粒长度由5~15 μm增长至20~30 μm,连续的晶界α相(α_GB)变得不连续,晶粒宽度由2.7 μm增长为4.4μm;同时,组织中出现了尺寸较大的α集束。试样的强度由1045.2 MPa增加为1156.9 MPa,断后伸长率由13.6%降低为6.7%。在时效温度为550 ℃,固溶工艺为920 ℃×2 h,水淬的条件下,随着时效时间从3 h增加为8 h,β转变组织的占比增加,初生α相的长度由40~60 μm减少为30~40 μm,晶界处连续的α_GB相晶粒宽度由2.7 μm增长为4.5 μm;片状α相稍有粗化,而试样的力学性能变化不大。因此,对于SLM成形TC4钛合金而言,在920 ℃固溶温度及550 ℃时效温度下,改变固溶和时效时间参数难以获得双态组织,且对综合力学性能的提高无显著影响。