选区激光熔化Inconel 718合金的熔池形态与组织

通过不同扫描速度和扫描方式的选区激光熔化(SLM)技术制备了Inconel 718合金,研究了工艺参数对熔池的形态、凝固组织、晶粒大小和晶粒取向的影响。结果表明,随着扫描速度增加,熔池的深度与宽度的比值增大,曲率增大;而扫描速度为1 450mm/s时,采用单向扫描比十字交叉扫描时深宽比值更大。在熔池内,凝固组织由熔池底部的胞晶向熔池侧面的胞枝晶转变。晶粒以<001>方向择优生长,其晶粒间的取向差角以小角度(<15°)为主。当十字交叉扫描时,随着扫描速度增加,小角度取向差角的分布分数增加。当速度一定、采用十字交叉扫描时,小角度的取向差角占比为62.57%,而采用单向扫描时为47.69%。     

扫描间距对选区激光熔化IN718合金微观组织的影响

通过选区激光熔化(SLM)技术制备了IN718合金,利用X射线显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜和电子背散射衍射等技术分析了IN718合金的致密性、相组成和晶粒形态以及取向关系。结果表明:SLM成形IN718合金的物相组成为面心立方结构的γ-Ni相与体心四方结构的γ″相,晶粒沿构建方向呈柱状晶。当激光扫描间距为100 μm时合金的致密度达到最高,当激光扫描间距为90 μm时,合金沿构建方向形成强<001>织构。     

重熔扫描对激光选区熔化成形IN718孔隙缺陷的影响

激光选区熔化技术以其一体化制造特点和对于复杂零部件制造的优势,在航空工业领域受到广泛关注,然而孔隙缺陷在成形零件中始终不可避免,通常有未完全熔合缺陷、气孔和封闭匙孔三种。针对零件成形过程中形成的孔隙缺陷,探索三种不同重熔扫描策略的最优成形工艺参数,并对重熔消除孔隙的机理进行了分析。研究表明,使用高于初次扫描的功率进行重熔能够形成足够深度的熔池以消除熔道内部孔洞,且重熔工艺还能提高成形样件的塑性性能。     

选区激光熔化IN738LC合金成形温度场的数值模拟及实验研究

通过数值模拟根据熔池热行为变化规律对选区激光熔化工艺参数进行优化,是提高成形件质量的有效手段。为此,本论文采用ANSYS的APDL语言建立了全参数化的IN738LC合金选区激光熔化过程温度场有限元分析模型,并通过单熔道成形实验对热源模型进行校核。结果表明：随着激光功率的增加或者扫描速度的减小,粉末吸收的线性能量密度不断增加,熔池中心最高温度升高,熔融金属量增加,熔道形态由不规则断续状向规则连续长条状演化;随着扫描速度的增加或者激光功率的减小,粉末吸收的线性能量密度不断下降,熔体流动能力减弱,熔池宽度与熔化穿透深度也随之减小;有限元模拟与实验结果吻合较好,当激光功率为270 W,扫描速度为1150 mm/s时,单熔道具有连续少缺陷、规则良好的成形形貌。     

多光束激光选区熔化拼接区域熔池动力学行为数值模拟

目的 针对多光束激光选区熔化加工拼接重叠区域的质量控制难题,研究拼接重叠区域的缺陷形成机理与控制手段。方法 通过建立激光选区熔化介观尺度高保真数值模型,基于流体体积法和射线追踪热源,还原粉末熔化凝固的加工过程,研究不同加工参数下拼接重叠区域熔池动力学和激光反射吸收行为,并对比分析拼接重叠区域和非拼接重叠区域激光-材料能量耦合机制。结果 在拼接重叠区域大小不同的情况下,重叠区域长度分别为160、200、240μm时,其拼接重叠区域熔道宽度宽于非拼接重叠区域,拼接重叠区域与非拼接重叠区域存在高度差,且重叠区域的全局激光吸收率要高于非重叠区域,其中重叠区域皆有孔隙缺陷,重叠区域240μm长度方案下的全局平均吸收率达到最高（0.417 56）。在拼接重叠区域长度为240μm、扫描速度为0.9 m/s和1.2 m/s时,由于获得的能量低于扫描速度为0.6 m/s时的能量,其重叠区域不存在孔隙缺陷。结论 拼接重叠区域的表面形貌和孔隙缺陷与熔池动力学和激光反射吸收行为密切相关,合适的加工参数可以改善拼接重叠区域的成形质量。     

选区激光熔化过程金属微熔池传热研究

采用数值模拟方法,针对选区激光熔化过程中激光熔化不锈钢粉末形成微熔池的过程,研究了激光功率、光斑直径及加热时间对材料熔化速度、温度场、微熔池尺寸大小的影响.结果表明,增大激光功率和热流密度可有效促进材料的熔化和传热,大尺寸光斑直径的激光形成的温度场和熔池宽而浅,小尺寸的光斑直径形成的温度场和熔池窄而深.比较多组数据得出...     

热处理对选区激光熔化制造IN718的组织和力学性能的影响

选区激光熔化制造的IN718的组织和力学性能是由IN718预合金粉末决定的。高致密度(99.8%)的4个不同制造方向的圆柱形试样被制造出来,它们的制造方向分别与扫描方向成0°,45°,45°×45°,90°。由于胞状树枝晶的定向生长,沉积试样的典型组织特征是过饱和的柱状树枝晶以及內部的Nb和Mo元素偏析。这种多样性组织不适合于对沉积试样直接进行时效处理,同时还会使得合金对于快速加热到均匀化温度的固液相线温度过于敏感。与锻造的材料相比,当沉积试样处于均匀化和时效状态时,合金能够获得一系列较好的力学性能。在沉积状态下材料的各向异性性能较弱,表现为与热处理状态相比,材料在制造方向上具有较低的杨氏模量、屈服强度和抗拉强度。这是由于晶粒保持了在凝固时形成的几何形状和晶体织构。     

选区激光熔化增材制造In718合金的激光焊接性能

采用光学显微镜、扫描电镜、显微硬度计和力学性能试验等研究了选区激光熔化(SLM)In718合金的激光焊接接头的组织和性能。结果表明:SLM In718合金的激光焊接接头的宏观质量较好,没有发现冶金缺陷的存在。未热处理时,In718合金的SLM构件的组织主要由奥氏体柱状晶及奥氏体柱状晶之间的共晶组织构成,柱状晶的平均尺寸约为5μm×2μm;激光焊接SLM构件的焊缝组织主要由奥氏体柱状晶及奥氏体柱状晶之间的共晶组织构成,柱状晶的平均尺寸约为25μm×5μm;焊缝区显微硬度均值约282 HV,是SLM母材均值335 HV的84.2%;不同厚度焊接试样的抗拉强度为970~983 MPa(均达到SLM母材95%以上),伸长率为20.2%~22.6%(为SLM母材65%以上);固溶+时效处理后,焊接试样抗拉强度均值为1412 MPa(约为SLM母材的98.9%),伸长率均值为13.5%(约为SLM母材的93.7%),与未热处理相比,SLM母材和焊缝显微硬度值分别提高了55.2%和77.3%。     

激光选区熔化Inconel 718合金在NaOH溶液中的腐蚀行为

采用开路电位、动电位极化、电化学阻抗、恒电位极化、Mott-Schottky和X射线光电子能谱等测试技术研究了激光选区熔化增材制造Inconel 718合金（SLM Inconel 718）在0.1 mol/L NaOH溶液中的腐蚀行为,并与商用轧制Inconel 718合金（R Inconel 718）进行对比。结果表明,SLM Inconel 718合金与R Inconel 718合金均发生点蚀,SLM Inconel 718合金的点蚀优先发生在熔池边界和孔隙部位。相比R Inconel 718合金,SLM Inconel 718合金的活性更低、腐蚀速率更小、耐蚀性能更优,其主要原因在于：SLM Inconel 718合金表面生成的钝化膜中多孔NiO的含量更低,致密Cr₂O₃的含量更高,钝化膜更加致密,并且钝化膜的载流子密度更低,因此,SLM Inconel 718合金的钝化膜保护性能更好,耐蚀性能更优。     

固溶处理对激光选区熔化In 718合金组织及持久性能的影响

采用激光选区熔化成形技术制备了Inconel 718合金,并对其在1050℃进行不同时间的固溶处理,研究了固溶热处理对合金的Laves相形貌及体积分数、显微结构及持久性能的影响。结果表明:随着保温时间的延长,Laves相开始溶解,形状趋于球状,体积分数由沉积态的4.9%下降至1.0%,并在合金基体上呈弥散分布;经固溶时效处理后,保留了适当体积分数Laves相的试样的持久性能(650℃/690 MPa)明显优于其它试样。     

固溶处理对选区激光熔化Inconel 718合金组织与硬度的影响

利用选区激光熔化技术制备Inconel 718合金,对其在不同温度、时间和冷却条件下进行热处理。采用扫描电子显微镜、电子背散射衍射仪和显微硬度计研究不同热处理工艺条件下Inconel 718合金的微观组织与硬度。结果表明:当热处理温度为1 080℃时,沉积态合金中的束状亚结构消失、第二相含量减少,随着保温时间的延长,晶粒开始由非均匀柱状晶转变为再结晶晶粒,残余应力集中区和小角度晶界逐渐减少,并且形成11160°退火孪晶,硬度从292 HV降低至253 HV;当热处理温度为1 130℃时,沉积态合金中的非平衡组织全部发生再结晶,残余应力集中区基本消失,晶粒内部出现均匀的退火孪晶,硬度保持在220 HV左右;对于1 080℃/60 min热处理试样,随炉冷却方式的硬度高达431 HV,其较高的硬度主要与随炉冷却形成大量的亚结构和析出相有关。     

高致密度激光选区熔化Inconel 718合金中的微小孔隙缺陷和拉伸性能

本文采用激光选区熔化技术制备了高致密度Inconel 718合金试样，研究了工艺参数（激光功率，扫描速度）对合金试样致密度的影响规律，分析了孔隙缺陷的形成原因，对比研究了微小孔隙缺陷存在条件下的拉伸性能变化，并比较了热处理对不同致密度合金力学性能影响。实验结果表明：工艺参数的改变决定了激光与粉末相互作用的模式，在较高激光功率、低扫描速度条件下发生了“匙孔”模式，气孔较多，致密度降低；当功率减小或者扫描速度增大会由“匙孔”模式向“热传导”模式转变，气孔较少，致密度会升高；但是当激光功率过小或者扫描速度过大时产生未熔合孔隙缺陷，使得材料的致密度出现大幅度减小的现象。拉伸测试结果表明，激光选区熔化成形Inconel 718合金的强度并不会随着致密度的增大呈严格单调增大的变化趋势，微小孔隙缺陷的形貌、数量和尺寸也会对拉伸性能产生影响。SIDA热处理可以大幅提高激光选区熔化成形Inconel 718合金的显微硬度及抗拉强度，但塑性呈显著降低。     

热处理对激光选区熔化制备Inconel 718合金组织和拉伸性能的影响

采用激光选区熔化工艺(SLM)制备了Inconel 718合金,并对合金分别进行了1050 ℃×1 h固溶和1050 ℃×1 h固溶+720 ℃×8 h+620 ℃×8 h双级时效热处理。结合微观组织、拉伸性能和断裂特征分析,研究了热处理工艺对SLM制备的Inconel 718合金组织和力学性能的影响。结果表明:固溶处理后合金内Laves相溶解,位错密度显著降低,材料的强塑性匹配较打印态得到良好的改善。经过时效热处理后,γ′和γ″强化相析出使合金强度大幅度提高的同时,保留了一定的塑性。     

热处理对选区激光熔化In718合金微观组织及拉伸性能的影响

利用OM、SEM、EBSD及室温拉伸等方法,研究了热处理对选区激光熔化In718合金试样的微观组织、晶粒取向和尺寸、以及拉伸性能的影响.结果表明:试样经过980℃的固溶处理以及720、620℃的双时效处理后,合金中有大量的γ'和γ强化相沉淀析出,晶粒尺寸略有增加,平均尺寸由56.1 μm增加至64.3 μm,晶粒取向...     

选区激光熔化成形Inconel 718合金孔隙缺陷的研究

目的 研究选区激光熔化成形Inconel 718合金的孔隙缺陷,对缺陷进行科学分类并探究其形成机制,建立熔池溅射特征与缺陷形貌的对应关系,优化工艺参数,抑制缺陷产生。方法 采用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱仪（EDX）分别对Inconel 718粉末的显微组织和化学成分进行观测,使用数字视频显微镜分析成形件内部缺陷,利用高速摄像机拍摄金属液滴的动态飞溅过程,并定量分析溅射特征参数。结果 随着激光功率的增大,能量密度升高,总的溅射数量增大,孔隙数量增多;当扫描速度增大时,能量密度降低,总的溅射面积减小,孔隙尺寸变小。当缺陷的圆度Circ≥0.731或纵横比AR≤1.368时,缺陷形貌由不规则向规则演变。当能量密度E=95.24 J/mm3时,相对致密度达到99.94%。经测量,所有样品的孔隙率和孔隙尺寸的平均值分别为2.249%和2.774 μm2。结论 孔隙缺陷可分为不规则的匙孔缺陷和规则的气孔缺陷两类,存在发生演变的圆度/纵横比门槛值。熔池震荡引起溅射特征变化,对应产生不同形貌特征的缺陷。减小激光功率和增大扫描速度可降低能量密度,使熔池震荡程度减弱,从而抑制缺陷产生,提高成形件的相对致密度。     

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...     

钨选区激光熔化应力场的数值模拟

建立了将随温度变化的材料参数特性和相变潜热考虑在内,用“生死单元”技术模拟铺粉过程的钨选区激光熔化热力耦合有限元模型,模拟了选区激光熔化过程中成形件的温度场和应力场,探究了不同基板预热温度和不同支撑结构对成形件残余应力的影响。模拟结果表明,金属钨在选区激光熔化过程中经历多次加热、冷却过程,温度分布不均匀。基板预热和施加支撑结构均能减小成形件的残余应力,当基板预热温度为1273.15K时,成形件中间节点残余应力减小118.99MPa,减小幅度为9.96%;当采用四层网格支撑结构时,成形件中间节点残余应力减小413.33MPa,减小幅度为34.61%。     

选区激光熔化成形TiC/Inconel 718复合材料热物理机制研究

建立了TiC/Inconel 718复合材料体系选区激光熔化三维有限元模型,在考虑了相变潜热,热传导/对流/辐射多重传热机制和随温度变化的热物性参数条件下,使用ANSYS二次开发语言APDL实现了高斯激光热源的移动,并利用“生死单元”完成了多层多道的能量加载。研究表明：温度变化率与工艺参数 (激光功率和扫描速度) 存在正对应关系,最高可达7.03×106 °C/s。当扫描速度过快 (300 mm/s) 或激光功率过低 (50 W) 时,获得的熔池温度低 (1991 °C),液相存在时间过短 (0.29 ms),而且液相量少,粘度大,不利于液相金属在粉末间隙中的铺展和润湿,易于在制件中形成不规则孔洞,增加制件孔隙率;在优化的工艺参数下：P = 100 W, v = 100 mm/s,重熔深度 (15.1 μm)、重熔宽度 (35.0 μm)、液相存在时间 (1.2 ms)、熔池最高温度 (2204 °C) 和温度变化率均较为合适,易于获得冶金结合良好的SLM制件。对TiC/Inconel 718混合粉末进行了选区激光熔化实验,验证了模拟结果的正确性。     

选区激光熔化成形高温合金裂纹研究进展

选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)具有高温度梯度、高冷却速度的工艺特点,成形涉及复杂的理化过程,对于组分比较复杂的高温合金,开裂是普遍存在的现象,已成为制约SLM成形高温合金工业应用的瓶颈问题。本文对SLM成形高温合金的裂纹类型、影响因素及控制方法等进行了综述,分析了当前研究存在的问题,对后续的研究热点进行了展望。以期对SLM成形高温合金开裂机理、裂纹消除的研究提供一定的参考。     

传统工艺和激光选区熔化技术制备的Inconel 718合金在650℃下表面氧化膜的形成机理

基于激光选区熔化(SLM)技术制备了Inconel 718合金,采用扫描电镜和能谱仪,分析了传统工艺和SLM技术制备的Inconel 718合金在650℃下氧化不同时间后表面氧化物的微观形貌和成分。结果表明：两种Inconel 718合金表面都出现了片状和块状氧化物,其氧化物的生长规律大致相同,SLM技术制备的Inconel 718合金的抗氧化性能略优于传统工艺制备的Inconel 718合金的;两种Inconel 718合金表面的片状氧化物主要由氧元素向基体内部扩散发生氧化生成,块状氧化物主要由合金元素向外扩散发生氧化生成;两种Inconel 718合金表面氧化膜的主要成分为铁的氧化物,随着氧化时间的延长,氧化物类型逐渐趋向于Me₂O₃氧化物。