TC4钛合金粉末在SLM工艺中的循环老化行为研究

选区激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)工艺采用特殊的专用金属粉末作为其成形原料。然而,金属粉末诸多指标易在成形及回收过程中发生改变,进而影响SLM成形件质量。本文研究了TC4钛合金粉末颗粒形貌、粒度分布、流动性以及成形试样的孔隙率、显微硬度等在循环利用过程中的变化规律,并对一系列性能改变的机理进行分析。结果表明：随循环次数增加,粉末颗粒形貌整体仍保持球形,表面光滑度提高;循环14次后观察不到卫星颗粒;粒度分布经历了集中-分散-集中的变化;多次循环利用后粉末的流动性显著提高;通过对粉末宏、微观的分析可知,上述性能变化趋势均与粉末中细小粉粒和卫星颗粒逐渐减少有关。成形试样孔隙率随循环利用次数增加先增大后减小;显微硬度不受TC4粉末循环利用次数影响。     

VIGA法制备的M2052锰铜合金粉末及其SLM打印件的性能

采用真空感应熔炼气雾化法(VIGA)制备了M2052锰铜合金粉末,分析了M2052锰铜粉末的物性和显微组织;用选区激光熔化3D打印技术(SLM)制备锰铜试样,并分析热处理前后SLM成型的锰铜合金的组织与性能。结果表明,VIGA法能够有效地控制金属粉末形状,制备的15~53 μm粒度区间的锰铜粉末收得率高,松装密度高,具有较好的球形度,有效满足SLM用金属粉末的要求。由SLM制备的锰铜打印件横纵向具有不同的微观组织,随熔池内部延伸逐渐变为胞状晶,沿焊接界面形成柱状晶,离熔池越远柱状晶越细。与铸态合金相比,SLM方法制备的锰铜合金具有明显的力学性能差异,SLM打印件的抗拉强度为611 MPa,规定塑性延伸强度为504 MPa,远远高于铸态母合金的454 MPa和172 MPa。其原因是打印件细晶强化效果明显,但微裂纹的存在对塑性不利。     

非球形Ti-6Al-4V粉末粒度对激光快速成形的影响

为了找到适合激光快速成形技术的非球形Ti-6Al-4V粉末粒度范围,采用高速摄影的方法研究了不同粒度粉末的输送情况,并通过不同粒度粉末的激光快速成形实验,研究了粉末粒度对粉末利用率、成形件表面精度和成形件内部气孔缺陷的影响.结果表明,在64～122 μm粒度范围内,随粉末平均粒度的变细,粉末利用率先增大后降低,成形件表面精度先提高后降低,成形件内部气孔先减小后增多,适合激光快速成形的粉末粒度应在86～98 μm之间.     

电极感应熔炼气雾化制备Ti-6Al-4V合金粉末的性能及其表征

采用国产自行研制的无坩埚电极感应熔炼气体雾化(EIGA)设备制备Ti-6Al-4V合金粉末,实验使用环孔型和环缝型两种气雾化喷嘴,改变雾化压力和熔炼功率,设计四组工艺参数,研究雾化工艺对粉末性能的影响规律。根据激光选区熔化(SLM)对粉末的要求,将筛分得到的粒径小于53 μm的粉末进行表征,采用MASTERSIZE 2000激光粒度分析仪分析不同雾化工艺制备粉末的粒度分布,采用欧奇奥500NanoXY+HR型粒度粒形分析仪对粉末的粒形进行量化表征分析。结果表明,采用环缝型喷嘴、5 MPa的雾化压力和25 kW的熔炼功率的工艺参数组合制备的粉末效果最佳,得到的粉末粒径较小且分布集中,粉末粒度呈近似正态分布,D10、D50和D90分别为19.4 μm、31.9 μm和51.5 μm;粉末的球形度较高,粉末圆度的平均值为90.6%,欧奇奥钝度的平均值为92.7%,超过80%的粉末赘生物指数为0,卫星粉较少。通过XRD、SEM、EDS能谱和氧氮仪等手段对粉末进一步分析,发现粉末内部组织为不同取向的针状α′马氏体,空心粉含量较少,粉末成分无损耗且氧含量较低。对该粉末进行ＳＬＭ成形,成形件致密度达到99.02%,表面粗糙度为4.98 μm,显微硬度为352.5 HV0.5。     

激光增材制造钛合金微观组织和力学性能研究进展

激光选区熔化(SLM)技术与激光熔化沉积(LMD)技术在航空航天、生物医疗等领域的应用具有巨大潜力,但由于成形的Ti6Al4V合金构件存在较差的表面质量、较大的残余应力以及内部孔洞等问题,影响了构件的力学性能,从而制约了其大规模的应用。针对这一现状,首先概述了激光选区熔化技术与激光熔化沉积技术的制造原理,比较了2种增材制造技术的成形参数及其特点,并分析了2种不同成形技术的自身优势以及适用场合。其次,从2种增材制造技术成形钛合金的工艺参数入手,综述了激光功率、扫描速度、激光扫描间距、铺粉厚度、粉床温度等参数对SLM工艺成形钛合金的影响,以及激光功率、扫描速度、送粉速率等参数对LMD工艺成形钛合金的影响。发现成形工艺参数直接影响了粉末熔化程度、熔合质量和成形显微结构,从而影响成形件的组织与力学性能。此外,综述了不同的扫描策略对两种增材制造技术成形钛合金的表面质量与力学性能的影响,可以发现在不同扫描策略下同一试样表面的不同区域表面质量、残余应力以及抗拉强度存在较大差异,同一扫描策略下试样的不同表面之间也存在各向异性。最后,探讨了不同热处理工艺对钛合金微观组织和力学性能的影响,通过合适的热处理能够降低成形构件应力,并调控组织相变和性能。     

CoCrMoW合金的粉末特性及其激光选区熔化成形性能研究

利用真空气雾化技术制备激光选区熔化成形用CoCrMoW合金粉末,检测分析了粉末的特性,引入椭圆延伸度、ISO圆度、赘生物指数来定量表征粉末的粒形和卫星粉,并研究了该粉末的SLM成形性能和电化学性能。结果表明：粉末的D10、D50、D90分别为：12.50μm、28.71μm、58.05μm;大部分粉末在形状上为球形和近球形,粉末平均椭圆延伸度为0.212,平均ISO圆度为0.607,表面没有粘连微粒的粉末占总体积的74.89%;粉末的松装密度为4.82g/cm3,振实密度为5.71g/cm3,压缩度为15.6%。粉末适用于激光选区熔化成形,成形试样致密度达到98.7%,表面粗糙度为8.3μm;显微硬度为396HV,抗拉强度为1154MPa,屈服强度为852 MPa,延伸率为8.5%,且耐腐蚀性能优于铸造CoCr合金。     

粉末粒径对AlSi10Mg合金选区激光熔化成形的影响EI北大核心CSCD

通过模拟仿真与实验结合研究粉末粒径对选区激光熔化(SLM)可加工性的影响。以3种粒径AlSi10Mg粉末为对象,基于离散元和流体力学数值模拟方法研究SLM铺粉和粉末熔化/凝固介观行为,并对成形样品进行宏观成形质量检测。结果表明,铺粉过程中,粒径小于20μm的粉末剧烈团聚形成大量空隙,粒径大于53μm粉末易形成少量大的空隙,中等粒径粉末床相对密度比细粒径和大粒径分别高7.69%和3.17%。单层粉末床熔融时,铺粉质量不均匀,细粒径与粗粒径熔道不规则。但经历多层熔化后,细粒径熔道缺陷部分缓解。随着粒径的增加,熔道表面平整度下降,细粒径粉末样品存在较多孔隙,粗粒径粉末存在少量未熔合缺陷。中等粒径粉末SLM可加工性最好,样品相对密度达到99.8%,比细粒径和粗粒径分别高1.4%和0.4%。     

高Mg含量Al-Mg-Sc-Zr合金选区激光熔化成形性及力学性能

基于宽粒径分布粉末(2～46 μm),应用选区激光熔化(SLM)技术制备了高Mg含量Al-14.4Mg-0.33Sc-0.19Zr铝合金.系统研究了不同工艺参数和时效处理条件对合金SLM 成形性、组织和力学性能的影响.结果表明,高激光功率可有效降低细粉飞溅对样品成形性的干扰,SLM 成形样品的最大相对密度为98.6％....     

3D打印钛合金薄壁构件的研究进展

钛合金薄壁构件具有质量轻、结构紧凑等优势,然而因其轴向尺寸大、壁厚薄和形状复杂等几何特征,传统成形技术在成形薄壁构件时流程长、工艺复杂,严重限制了钛合金薄壁构件的应用。金属粉床3D打印技术可快速成形复杂异形零部件。为此,对电子束选区熔化技术(SEBM)和激光选区熔化技术(SLM)的成形能力和成形钛合金薄壁构件的微观组织、力学性能和表面粗糙度进行综述,并分析3D打印高性能精密复杂整体钛合金薄壁构件的发展趋势,为轻量化钛合金薄壁构件在高端装备上的应用提供参考。     

退火热处理对TA17钛合金激光选区熔化成形件的力学性能影响研究

针对TA17钛合金激光选区熔化成形(SLM)试验件高强度、低塑性的问题,开展不同温度、冷却方式下的退火热处理工艺研究,通过研究退火热处理前后试件的力学性能测试结果,分析退火热处理工艺对TA17钛合金SLM试件力学性能的影响.结果表明:经过900～950℃真空保温2 h后空冷的退火热处理,SLM试件的强度降低,塑性与韧性得到明显提高,整体力学性能较均衡,满足技术要求.     

SLM成形AlSi10Mg合金残余应力数值模拟及组织性能分析

通过有限元模拟与试验测试,研究了打印参数对选区激光熔化(SLM)工艺成形AlSi10Mg合金残余应力的影响。结果表明,打印过程存在3个峰值温度;随着基板温度、激光功率、扫描速度和扫描间距的增加,成形件残余应力先减小后增大。当激光功率为450 W、扫描速度为1 100mm/s、扫描间距为70μm、基板温度为200℃时,打印件具有最小的残余应力,成形件抗拉强度为480MPa、屈服强度为310MPa、伸长率为6%。成形件组织中存在粗晶区、细晶区和热影响区3种区域,Si相呈网状结构分布。     

真空感应熔炼气雾化法制备高强度PH13-8Mo钢粉末的特性表征

采用真空感应熔炼气雾化(VIGA)法制备出球形高强度PH13-8Mo钢粉末,通过不同目数的筛网对粉末进行筛分,得到120~212μm,53~120μm,15~53μm和<15μm不同粒度区间的高强度PH13-8Mo钢粉末。利用氧氮分析仪、扫描电镜(SEM)、激光粒度分布仪和智能粉体特性测试仪等分析手段研究了不同粒径区间的PH13-8Mo钢粉末的氧含量、表面形貌、表面及内部微观组织、流动性和松装密度。结果表明:随着粉末粒度区间减小,PH13-8Mo钢粉末的比表面积从0.017 m^2/g显著增大到0.243 m^2/g,粉末中的O含量从0.017%增大到0.033%;当PH13-8Mo钢粉末粒径的范围为15~53μm区间时,粉末中的O含量相对较低,冷却速率较大,卫星球颗粒少,表面和内部组织主要由胞状晶和微晶组成,且该粒度范围的PH13-8Mo钢粉末的松装密度和流动性指数高。     

激光选区熔化YSZ陶瓷工艺及内部缺陷研究

初步研究了55~113μm的氧化钇稳定氧化锆陶瓷粉末的激光选区熔化制造工艺,分析了其内部缺陷的形态和分布。结果表明:全陶瓷氧化钇稳定氧化锆粉末可被波长1060~1100 nm激光完全熔化,线功率密度需达到140 J/m。在成形水平方向,微裂纹沿着激光扫描轨迹有序分布,成形堆积方向存在连续有序的宏观裂纹,内部缺陷主要为微裂纹和气孔。     

SLM 3D打印St6钴基合金燃油器喷头可行性分析

设计、对比了不同选区激光熔化工艺(Selective Laser Melting,SLM) 3D打印St6钴基合金燃油器喷头的试验方案,热等静压(HIP)后,通过表面质量及微观金相检查,对St6钴基合金燃油器喷头3D打印工艺的可行性进行分析。针对打印中出现的表面球化、层间开裂、内部组织不致密、内部裂纹、析出物聚集等缺陷,论证了C含量过高、熔化成形中化学成分改变及流动性变差是原3D打印St6钴基合金燃油器喷头工艺不适应性的主要原因。优化制造方案,调整了St6钴基合金成分,改进了SLM工艺参数,功率取400 W,行距HS取125μm,经粉末优化、SLM 3D打印燃油器喷头试样及HIP后,得到产品的金相组织、常温力学性能、高温力学性能、高温疲劳测试合格,产品制造质量满足了设计要求。     

选区激光和电子束熔化成形纯钨的组织、性能及裂纹形成机理研究

采用选区激光熔化(SLM)和选区电子束熔化(SEBM)技术成形纯钨,对比研究了两种成形方法对纯钨的宏/微观组织和力学性能的影响,利用SEM和EBSD等表征技术,分析了裂纹萌生位置及形成机制。研究结果表明,通过调控纯钨打印过程的工艺参数,可有效地减少 SLM和SEBM成形样品内部的裂纹。SLM和SEBM打印态纯钨的致密度和硬度与输入样品的能量密度呈正比例关系。与SLM相比,SEBM成形时样品内部的温度梯度更低,热应力累积更少,成形后样品中的裂纹更少。SLM打印态样品的内部裂纹多存在于搭接区域,SLM和SEBM制备过程中产生的裂纹均具有沿晶界分布的特征,而且裂纹多萌生于大角度晶界。     

AlSi10Mg合金选区激光熔化成形参数的选择

选区激光熔化成形技术常用于复杂构件的制造,其成形件的力学性能甚至优于热处理后传统铸造件的。在选区激光熔化成形过程中,易出现球化等缺陷,会降低零件的致密度和力学性能,进而影响产品的使用。以AlSi10Mg合金为例,从材料、设备及工艺等参数选择的角度对如何减少合金选区激光熔化成形件球化现象、提高致密度进行了分析。结果表明,氧含量低和粒度小的粉末颗粒可减少球化现象,选择合适的工艺参数,可提高零件的致密度。     

粉末特性及热处理对激光选区熔化钛合金组织演变的影响

通过粉末筛粉和混合制得到不同粒度分布的钛合金粉末,研究了粉末物理特性对选区激光熔化（SLM,selective laser melting）打印质量、沉积态及热处理后微观组织的影响。结果表明,细粉比例增加,粉末中值粒径下降,流动性下降,松装密度变化不显著;三种粉末粒径打印后,致密度均在99%以上,表面粗糙度随细粉增加粗糙度下降,细粉量在23%时,孔隙率最小;成型后沉积态组织横截面为初生β晶粒,内部为针状α′马氏体,纵截面可见明显柱状晶;热处理表明,α′马氏体600-800℃分解,且在800℃时α+β片层变粗,热处理时应严格控制退火温度和时间,避免片层粗化,影响性能。     

SLM成形Cu6AlNiSnInCe仿金合金的工艺优化及其组织与性能

采用激光选区熔化(SLM)工艺成形Cu6AlNiSnInCe仿金合金,研究不同SLM工艺参数组合对试样成形质量及其组织和性能的影响。结果表明,根据SLM成形试样的形貌特征可将激光功率和扫描速度的影响直观地划分为六个区域,分别是过熔区、完全熔化区、球化区、部分熔化区、严重球化区和未成形区。在完全熔化区时,激光能量密度达到156 J/mm3,仿金粉末在该参数区域完全熔化且熔池保持稳定的状态,试样密度较高、表面质量较好,表面粗糙度为9.2μm;SLM试样由基体α-Cu(Al Ni)相和弥散分布在基体中的析出δ-Cu41Sn11相组成;SLM试样的抗变形能力、显微硬度和耐腐蚀性能均优于铸造试样。     

Ti-6Al-4V钛合金激光选区熔化成形工艺及性能研究

将激光功率和扫描速度作为主要的工艺参数,进行了Ti-6Al-4V钛合金激光选区熔化成形(SLM)试验.结果 表明,激光功率为300W,扫描速度为1.0 m/s时,SLM成形试件的抗拉强度达到1150 MPa,伸长率达到9.5％,抗拉强度和伸长率都较高.激光热输入不足时,试块抗拉强度不能满足使用要求,激光热输入过高时,试...     

Al-Mg-Li合金选区激光熔化成形及热处理工艺

设计并制备了多种不同成分的铝锂合金粉末，对其进行了选区激光熔化(SLM)成形，选取高致密、无裂纹的自研铝镁锂合金成形零件进行了热处理工艺研究。结果表明，第三代Al-Li-Cu系铝锂合金在选区激光熔化成形快速凝固过程中极易产生微裂纹，第二代Al-Li-Mg系合金较为适合选区激光熔化成形，能够得到高致密、无裂纹的成形样件；选区激光熔化成形铝镁锂合金在200℃进行时效热处理，强化相主要为δ′相，时效48 h达到峰时效状态，继续延长时效时间，其力学性能有所下降。