EBM成型TC4钛合金研究进展

电子束熔化成型技术(electron beam melting,EBM)是3D打印的代表性技术之一,特别适合传统工艺不易加工的Ti-6Al-4V合金(TC4钛合金)的快速成型,目前在航空航天、化工、生物医疗等领域展示出巨大的应用前景。从EBM的原理出发,综述了EBM制备TC4钛合金的显微组织、缺陷以及力学性能。分析了受成型工艺参数和成型件位置等因素影响的冷却速度的变化所导致的TC4钛合金的显微组织发生变化;并指出了导致TC4钛合金出现缺陷的主要原因。EBM成型TC4钛合金的拉伸性能已与锻造TC4钛合金相当,其较低的疲劳强度可以通过热等静压处理提高。     

基于电子束增材制造的TC4钛合金成形件热处理性能研究

将电子束选区熔化制备的试件增加热处理工艺,利用扫描电子显微镜和金相显微镜研究了热处理后TC4钛合金试件的组织特征;并通过试件力学性能的变化,揭示了不同热处理工艺选择对电子束选区熔化成形产品的影响.结果 表明:不论是空冷处理还是炉冷处理,试件在相变点温度以下加热其抗拉强度提升,在相变点温度以上加热其抗拉强度会下降.通过观察微观组织与分析拉伸断口可知,TC4钛合金试件在经过950℃和1000℃热处理的组织由于β相转变为魏氏组织而抗拉强度下降;而加热至850℃时由于未达到相变点温度,其内部为网篮组织而性能稳定.恰当的热处理工艺能使增材制造成形的TC4钛合金的抗拉强度等力学性能更优.     

TC4钛合金双光束激光填丝焊成型工艺研究

随着社会的发展,对焊接工艺的要求越来越高,传统的钛合金激光自熔焊成型工艺落后,所以利用此技术焊接后,会造成表面凹凸不平,存在不饱满的缺陷,影响美观。为满足人们工作的需要,研究了一种TC4钛合金双光束激光填丝焊成型工艺。本文通过对TC4钛合金进行双光束激光填丝焊试验,研究其存在的优势。结果表明:对焊接参数进行调整、优化可以改善焊缝成形的质量。     

TC4钛合金工艺进展

文章总结了近年来针对TC4钛合金的成分开发,并进一步围绕TC4钛合金论述了增材制造、超塑成形、粉末冶金、精密铸造等近净成型技术的研究进展。     

激光焊接对TC6钛合金组织及性能的影响

激光焊接技术采用高能密度熔焊焊接方式,利用激光束将被焊金属加热至熔化温度以上熔合成焊接接头。超高强度TC6钛合金是一种综合性能优良的新型金属材料。本文采用激光焊接技术,研究了在指定的激光功率下激光焊接对TC6钛合金组织及力学性能的影响,为激光焊接工艺参数的确定提供依据。综合分析可知当激光功率为3.1kW、激光速度为1.75mm/min时,TC6钛合金焊接接头组织最细小、均匀,表现出较高的优良性能,其抗拉强度最高值可达到901.7MPa。     

激光选区熔化TC4钛合金高温力学性能和显微组织研究

采用万能拉伸试验机以及光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等测试技术,研究了室温至550℃温度范围内激光选区熔化(SLM)成形TC4钛合金的力学性能和显微组织。结果表明:SLM成形TC4钛合金由针状马氏体α′相组成,晶界数量多,塑性变形时位错运动被限制在马氏体内部,因此试验合金具有高强度,室温抗拉强度为1 265 MPa,500℃抗拉强度为834 MPa,优于固溶时效处理和退火处理的TC4钛合金,然而,在500℃以上拉伸变形时,马氏体逐渐转变为平衡态的α相,组织形态由针状向片层状转变,晶界数量减少,材料抗变形能力下降,因此抗拉强度快速降低,550℃抗拉强度只有562MPa。     

热处理对3D打印TC4钛合金组织与力学性能的影响

采用等离子弧熔丝增材方式3D打印成形TC4钛合金结构件,研究了不同温度固溶时效热处理条件下TC4钛合金组织与力学性能的变化规律。结果表明,3D打印TC4钛合金沉积态宏观组织形貌由穿越多个沉积层的β柱状晶组成,β晶内组织为大量网篮组织和少量魏氏组织。当固溶温度达到或超过920℃时,TC4钛合金微观组织由网篮组织逐渐转变为针状组织,抗拉强度和显微硬度呈现增高趋势,延伸率较沉积态略有下降。3D打印TC4钛合金的最佳固溶时效处理工艺为960℃×60 min/WC+490℃×120 min/FC,经该工艺处理后3D打印TC4钛合金的力学性能指标接近于轧制态。     

TC4-DT激光熔丝增材制造微观组织与力学性能研究

激光熔丝增材制造技术在航空航天、海工船舶等领域应用前景广阔.针对TC4-DT材料,在初步优化的工艺参数下,通过激光熔丝增材制造技术制备金属试样,并对试样进行固溶-强化热处理,研究激光熔丝沉积态及热处理态的微观组织、缺陷及室温拉伸力学性能.研究发现,激光熔丝TC4-DT成形态组织为粗大的柱状晶及针状α'马氏体,热处理后转变为等轴晶与柱状晶的双相组织,马氏体分解为针状α+β双相组织,固溶-强化热处理后拉伸力学性能与锻件水平相当.     

薄壁TC4钛合金激光焊缝成型与性能调控研究进展

TC4钛合金的焊接工艺及焊接性研究一直受到国内外的广泛关注,主要综述了目前激光焊工艺对薄壁TC4钛合金焊缝几何形状、显微组织及力学性能影响的研究进展。简要分析了激光焊接工艺对焊缝几何形状及焊缝显微组织转变的规律,并对焊缝几何形状和显微组织的转变机理进行了探讨。研究发现,激光焊焊缝几何形状的变化主要原因在于焊接热输入的变化导致焊接过程中激光焊匙孔形状及模式发生了改变;焊接热输入的增加会引起显微组织的转变,焊缝金属中针状马氏体α’相是主要的强化相,块状α_m和魏氏α相是主要的韧性相;应对激光能量进行严格的控制,以便在实际生产应用中提高焊接质量。     

轧制工艺对TC4中厚板组织和性能的影响

为制定和优化TC4钛合金中厚板轧制工艺,开发综合力学性能优异的TC4钛合金中厚板,某公司基于4 300 mm热轧厂装备特点开展了TC4钛合金中厚板轧制工业试验,研究了轧制温度、道次变形量对其显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:在(α+β)两相区,随着轧制温度降低,TC4钛合金中厚板的晶粒尺寸不断减小,强度、塑性和韧性不断增加;随着道次变形量降低,中厚板表层与心部的显微组织更加均匀,塑性和韧性显著提高。经过退火处理(850℃×2 h,AC)后,TC4钛合金中厚板的组织均匀性明显提高,实现了强度—塑性—韧性的良好匹配。     

激光熔化沉积Rene95镍基高温合金的凝固组织及力学性能

采用激光熔化沉积方法制备出Rene95镍基高温合金薄壁样, 分析了沉积态的凝固组织, 并进行了热处理和力学性能测试. 研究表明, 激光熔化沉积Rene95镍基合金的凝固组织为外延生长的定向凝固组织, 其一次枝晶间距在20 μm左右, 二次枝晶臂细小甚至退化, 元素偏析较轻; 通过适当的热处理后, 合金中γ′沉淀相的体积分数明显增加, 合金的显微硬度由沉积态的HV_(0.1) 500提高到HV_(0.1) 540; 经过热处理后, 激光熔化沉积Rene95合金的室温抗拉强度为1247 MPa, 较粉末冶金C级水平略低, 而沿沉积高度方向的延伸率为16.2%, 高于粉末冶金A级水平.     

Fabrication of coatings and bulk products made of a nickel-based material by additive technology laser metal deposition

It is shown that products made of a nickel-based material can be formed by direct additive laser deposition. Ring samples with good antifriction properties are formed. The material after direct laser deposition is characterized by a heterogeneous structure: coarse inclusions with a high hardness are distributed in a softer matrix. Final laser treatment leads to the formation of a homogeneous microstructure and the refinement of second phases.     

扫描速度对激光快速成型316L不锈钢组织性能的影响

研究了在激光功率900W条件下，扫描速度对激光快速成型不锈钢零件组织，性能的影响，在各扫描速度下，所成型的不锈钢薄壁板件的组织均为枝晶组织，随扫描速度提高，不锈钢薄壁板的定向生长树枝晶组织细化，枝晶间距变小，同时其沿X方向的机械性能（抗拉强度及硬度）降低。     

停放时间对7B04铝合金性能的影响

淬火和人工时效之间的停放时间 ,对材料人工时效后的最终力学性能和腐蚀性能等有一定的影响。本文采用 7B0 4铝合金退火板材 ,研究其淬火后经不同时间的停放 ,并进行T74状态的人工时效后的室温拉伸性能、电导率和剥落腐蚀性能。试验结果表明 ,随着停放时间的延长 ,板材的室温拉伸性能先升后降 ,电导率先降后升 ,而抗剥落腐蚀性能明显下降     

细晶CuCr系触头材料的研究

研究了电弧熔炼法、激光表面重熔法和机械球磨粉末后热压烧结法制备的CuCr50触头材料。结果表明,三种方法获取的CuCr50材料中Cr颗粒均得到细化,远远小于原始尺寸,其中激光表面重熔法的Cr颗粒尺寸最小,为3～5 μm;从含氧量、硬度、电导率综合性能看,以激光表面重熔法最为适宜;在激光输出功率为32kW时,材料的组织与性能最佳。     

退火工艺对低碳含镍DP钢组织及性能的影响

 设计了一种低碳含镍DP钢,采用Gleeble-3500测试了CCT曲线,用金相显微镜观察了微观组织。依据CCT曲线进行了退火工艺设计,采用五因素四水平正交试验方法,结合力学性能测试、SEM组织观察和彩色金相等分析手段,探讨分析了不同工艺参数对DP钢组织性能的影响。试验结果表明,试验材料的[Ac1]为712 ℃,[Ac3]为928 ℃;连续冷却过程中,出现贝氏体相变的临界冷速为5 ℃/s,马氏体相变的临界冷速为30 ℃/s;退火温度对屈强比和伸长率影响最大,而退火时间对[n]值的影响最大,整体考虑3个性能指标,得出最合理的退火工艺为840 ℃退火210 s,缓慢冷却至740 ℃后快速淬火至350 ℃时效240 s。     

Distribution Characteristics and Reinforcing Behavior of (Ti,Nb)C Reinforced Particle in the Coating Fabricated by Laser Rapid Cladding

(Ti,Nb)C reinforced Fe-based laser coatings were prepared with normal and high scanning velocities of the laser beam.The distribution characteristics of reinforced particles in the coatings were investigated.The mechanical properties of coatings were tested.The results showed that the morphologies of the microstructure and the reinforced particle changed dramatically at high solidification rate due to rapid laser processing compared with that prepared by normal processing.Two kinds of particles were observed in the coating.One was(Ti,Nb)C multiple carbide particle with the size of micron and sub-micron scales,in which a mass of dislocations were found.Another was nano-sized particle includingα-Fe and(Ti,Nb)C obtained by rapid solidification.The microstructure of the coatings was highly refined and a large number of twin crystals were found in matrix.The results of mechanical properties test revealed that the wear resistance of the coating was improved by rapid laser processing,compared with that of the coating prepared with normal speeds.The above-mentioned conclusion indicated that rapid laser cladding can promote not only the processing efficiency but also the mechanical properties of the coating.     

Use of small punch test to estimate the mechanical properties of powder metallurgy products employed in the automotive industry

Abstract

Powder metallurgy is a manufacturing technology widely used, especially in the automotive sector. In order to assure the quality of these components different conventional tests are employed directly on the final product, but in order to mechanically characterise the sintered material, standard mechanical tests can only be performed onto samples compacted and sintered in controlled conditions similar to the ones used in the real production. The final mechanical properties of these products after compacting and sintering are the input needed to define and analyze new geometries and products. The use of the small punch test (SPT) to mechanically characterise in a direct way the final sintered products was explained in this research work and the regressions to determine the tensile mechanical properties of the aforementioned products were also developed.     

外加物理场对激光熔化沉积内部缺陷控制

激光熔化沉积技术是基于“分层—叠加”原理,在高能激光束作用下、按照预定的路径,将同步送给的 金属粉末逐层熔化并快速凝固成形的先进制造技术,具有成形精度高、加工柔性好、内部组织均匀、力学性能 优异、适用难加工金属材料制备等优点,在航空航天等领域具有广阔的应用前景。但是激光熔化沉积过程中 容易产生未熔合、微裂纹、气孔等缺陷,限制了这项技术的大规模应用。其中,激光熔化沉积构件的微观组织 存在明显的各向异性,沉积过程中的快速加热和冷却使构件内部产生较大的残余应力从而导致其变形和开 裂。学者就如何改善激光熔化沉积构件的内部缺陷进行了广泛研究。因此,综述了通过在成形过程中外加温 度场、超声场、电磁场以及复合场的方法改善激光熔化沉积制件的内部组织和性能,以期为激光熔化沉积构件 综合性能的提高提供指导。