激光立体成形高性能金属零件研究进展

激光立体成形技术是从20世纪80年代初期发展起来的一项先进制造技术,能够实现高性能复杂结构金属零件的无模具、快速、全致密近净成形。该技术可以用于承受强大力学载荷的三维实体金属零件的快速制造,也可应用于具有较复杂形状和较大体积制造缺陷、误加工损伤或服役损伤零件的修复。主要围绕激光立体成形技术在追逐高力学性能方面的研究工作,综述了激光立体成形研究和应用的主要进展情况。对多种合金的大量研究工作表明：激光立体成形金属零件的综合力学性能同锻件相当,导致这样优越的力学性能的主要原因在于其材料组织致密、细小、均匀,可以通过优化成形工艺和热处理工艺而获得基本上没有冶金缺陷的状态。激光立体成形技术的主要应用对象是兼顾高性能和复杂结构的金属零件的制造和修复。实现高性能修复是激光立体成形技术最近的一个引人注目的研究进展,修复零件的力学性能可以仅在简单的退火热处理状态下即达到锻件力学性能标准,这使得过去认为不可修复的高性能重要金属零件具备了现实的修复技术途径,这必将是激光立体成形技术最有前景的应用方向之一。     

精细铸件已加工面缺陷修复技术

通过分析乘用车发动机上典型铸件经机加工后暴露出现的表面缺陷对产品功能影响程度,进而确定了已加工铸件的缺陷修复的基本原则。为了解决铸件已加工表面孔洞类缺陷难以修复这一技术难关,在现有焊补技术的基础上,开发出一种复合型"电刷镀+氩弧焊"焊补法。这种表面缺陷修复技术的成功开发,扩大了铸件已加工面缺陷修复技术的运用领域,并可以为主机厂及铸件毛坯厂挽回了一定的经济损失。     

第三届全国铸件缺陷修复新技术研讨会

随着原材料成本的持续上涨，采取科学的方法，对铸件的气孔、砂眼、缩松等缺陷进行合格的修复，已成为企业新的利润增长点。全国铸造学会铸件挽救工程技术委员会、全国铸造学会质量控制与检测技术委员会近几年在这方面做了大量工作，帮助许多企业引进应用了一些新的铸造缺陷修补技术，产生了显著的经济效益。甚至有的企业在内部还建立起了专业的铸件缺陷修补中心，为企业提高利润点探索出一条成功之路。     

激光成形金属零件技术在模具制造中的应用

快速原型制造技术(RP)可以根据三维CAD图形直接制造出具有复杂内部结构的工件，简化了产品工艺过程，大大节约了产品成本，提高了产品的生产效率。激光成形金属零件技术可以直接或间接制造出全密度、接近无需加工的产品，适合用于模具快速成形制造。介绍了激光熔覆成形和激光烧结的原理及工艺过程，并探讨了提高激光成形质量的一些措施。     

激光成形修复K418高温合金的显微组织与开裂行为

研究了激光成形修复航空发动机涡轮叶片用K418高温合金的组织特征与开裂行为。研究发现:K418合金激光修复区组织主要由γ-FeCr0.29Ni0.16C0.06固溶体基体、方形γ′相、枝晶间杆状或骨架状初生MC碳化物和骨架状(γ+MC)共晶组成。激光成形修复所用铸件基体中MC碳化物为TiC,呈块状分布在晶内和晶界;而激光修复区中MC碳化物为(NbTi)C,呈骨架状或杆状分布于枝晶间。从基体、热影响区到修复区,γ′相形貌、尺寸和数量呈现不同特征。修复区裂纹为与液膜有关的结晶裂纹,裂纹沿枝晶晶界扩展。通过试验优化,确定了较佳的激光成形修复K418合金的工艺参数,大大降低了其开裂倾向。     

航空离心泵中叶轮诱导轮快速铸造工艺研究

为了改善闭式叶轮、诱导轮加工周期长、成本高的现状,基于PS粉激光成形技术实现快速铸造,大幅度降低叶轮、诱导轮的制造成本并提高生产效率。结果表明,经过铸件装配后的台架寿命试验,满足航空离心泵产品要求。该方法优化了现有制造工艺,并为其他复杂航空薄壁零件制造工艺提供技术参考。     

激光快速成形修复薄壁盘环零件的有限元分析

针对航空中应用的钛合金薄壁盘环零件激光快速成形修复(LRR),建立了3D参数化有限元模型,分析了修复过程中薄壁盘环件的应力和变形演化规律。计算结果表明,应用LRR技术可以成功地实现对薄壁盘环零件的修复。彻底冷却后,修复件的残余应力属于低残余应力水平,零件水平薄壁与竖直薄壁交界处的残余拉应力较大,修复件的整体变形也比较小,两薄壁均在靠近其外端部位置的变形量比其内部要大。冷却阶段的应力分布与熔覆刚完成时的应力分布规律基本相同。随成形修复过程的进行,薄壁修复件的最大变形量增大,冷却时,修复件最大变形量随时间的增加而逐渐减小。     

激光热丝焊表面修复成形质量分析和控制

激光热丝焊可精确控制热输入和高效熔覆金属,适合用于表面修复,但缺乏对激光热丝多道修复成形质量的研究. 基于响应曲面法(RSM)设计了激光热丝多道修复试验,选取激光功率、扫描速度、送丝速度和搭接率作为变化因子,成形系数、稀释率和未熔合缺陷比率作为响应. 结果表明,成形系数、稀释率和未熔合缺陷比率与工艺参数呈二次关系,适当降低送丝速度,提高激光功率、扫描速度和搭接率,有利于获得无未熔合缺陷、稀释率小且表面平整的多道熔覆层. 利用重叠等高线图,根据指定的质量要求进行多响应约束,可以预测相应的工艺参数窗口,达到控制激光热丝焊多道修复成形质量的目的.     

基于快速成形技术的机匣盖的快速铸造

在基于快速成形技术的机匣盖快速铸造工艺中,通过用UG软件构建零件的CAD三维模型,采用选择性激光烧结法烧制精铸蜡模.利用该工艺铸造的机匣盖铸件外表面及内腔的尺寸精度和表面质量,能够满足燃气轮机的使用要求.快速成形技术提高了精铸业制造复杂零件的能力,使复杂模型的直接制造成为可能.快速成形技术与现有的铸造工艺相结合,为铸件的研制节省了时间和成本,为后续产品中精密铸件的顺利完成打下了良好的基础.     

激光熔覆修复技术的基础试验研究

激光熔覆修复是近年来迅速发展的一项有许多突出优点的零件修复技术,文章对该技术进行了基础性的试验研究,模拟实际零件的修复情况,通过在基体材料上加工一个"U"形缺口并用激光熔覆技术进行修复.把激光熔覆修复件制作成力学性能试件,获得了相关的试验数据,并对试验结果进行了分析,为激光熔覆修复技术的实际工程应用提供了理论依据.     

铸钢件气孔形成机理分析及预防措施

通过对气孔缺陷实例进行理论分析与探讨,得出铸钢件气孔产生原因主要分3种类型:脱氧不良及二次氧化,使钢液含氧量过高,在凝固降温过程中,碳氧平衡被破坏,发生碳氧反应,生成CO反应性气孔;炼钢氧化期后和浇注过程中,水蒸气对钢液的二次氧化,使钢液大量吸氢。在钢液凝固期间,氢因溶解度急剧降低而析出,形成析出性H2气孔;石灰石砂芯在高温下分解产生大量CO2气体不能及时排出,产生侵入性气孔。针对不同气孔形成机理提出了防止措施,有效地消除了气孔缺陷。     

Development of vacuum die-casting process

The vacuum die-casting process, started 25 years ago in Japan, has been widely applied. This technology contributes very much to improvement of castings quality. The main factor causing the defects of die castings is the trapped air in the mold cavity, while the key technology of vacuum die-casting process is to avoid the trapped air effectively by evacuating the cavity before casting. At the same time, due to the shot speed and the casting pressure reduced in half, the service life of the die is prolonged and the productivity is enhanced, as well. Vacuum die-casting process is of great significance in improving the die castings quality and making up the shortcomings of super-high-speed shot casting.     

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轧制成型是生产钢板（带）的重要工艺方法。而轧辊是金属板材成型过程中的重要的变形工具。文章主要介绍了轧辊的失效形式,并综述了激光修复与强化技术在轧辊上的应用,包括激光熔凝、激光合金化、激光熔敷以及激光毛化。最后对激光表面强化与修复的前景进行了展望。     

Titanium investiment casting defects: A metallographic overview

Although titanium castings have been used in aerospace structures for decades, those uses have largely been in secondary applications. Expanding the use of titanium castings in critical applications would be encouraged by a better understanding of investment casting defects in titanium alloy systems. This paper describes several types of casting-related defects that are identified as potentially affecting the design life of a structure: inclusions, voids, and weld repair defects.     

熔模铸造碳钢件过滤技术研究

介绍了采用耐高温纤维过滤网净化熔模碳钢件的新方法及其生产试用效果。研究表明,所用过滤方法能改善碳钢件的组织和性能,有效去除非金属夹杂物,对提高熔模铸造碳钢件质量有实用意议。     

铝合金铸件中的凝固缺陷形成机理及预测

孔洞与热裂是铸件在凝固过程中最常遇到的典型缺陷。两者均形成于合金凝固末期,与液相补缩不足相关,但又有各自的形成机理。铝合金熔体对氢气有很大的溶解度,凝固过程中又因为溶解度的剧降而析出。孔洞是液相中过饱和的气体压力与凝固收缩引起的压力降共同作用的结果。热裂则是在凝固末期由于铸件收缩受阻而产生的应力以及液相补缩不足而导致的,其不仅与合金性质、铸造条件有关,并且受铸件形状的影响。文章基于近年来该方面的理论研究成果,总结了关于孔洞与热裂的形成机理以及几种目前所应用的经典预测模型,并对这几种模型的理论基础以及所考虑的关键参数进行了分析与讨论,在此基础上提出了未来新模型的研究方向和亟需解决的关键问题。     

QT600球墨铸铁激光熔覆数值模拟与实验研究

目的 揭示QT600球墨铸铁激光熔覆动态演化过程的机理,为球墨铸铁熔覆过程中拓宽熔覆材料范围、优化工艺参数、改进熔覆质量提供理论依据。方法 同时考虑移动高斯热源、材料物性参数温变影响、熔池表面张力和浮力对熔融态金属流动的Marangoni效应等因素,建立球墨铸铁激光熔覆多场耦合三维数值模型。通过QT600球墨铸铁激光熔覆实验,利用Zeiss?SIGMA HD场发射SEM观察熔覆层的形貌及显微组织,采用QNESS?Q10M硬度仪测试熔覆层和基体显微硬度。结果 在光源中心形成了“椭球”状热影响区,沿激光扫描方向温度明显呈单峰分布,且周期性前移,流速在1 s时达到0.24 m/s,前半部熔池呈顺时针环流,后半部熔池呈逆时针环流,在活性元素影响下将导致熔池环流发生逆转。受温度梯度的影响,光斑后方呈收缩状应力带。数值模拟熔覆层形貌与实验一致,显微组织形态符合快速凝固原理的变化规律,验证了模型的有效性,熔覆层硬度明显高于基体,约为基体的1.6倍。结论 数值模拟揭示了温度场、流场、塑性应力场瞬态演变规律,实验表明激光熔覆IN625合金粉末可有效改善球墨铸铁件的表面质量,提高其力学性能。     

Fatigue crack growth of bainitic rail steel welds

Abstract

The objective of the present study is to develop and evaluate novel weld repairs of bainitic rail steel defects, such as detail fracture, induced by in service loading. Slots were machined in the bainitic rail steel to simulate the removal of service defects. Multipass gas metal arc welding was used to fill and repair the slots. Three-point bend tests of the parent and welded steels revealed that the flexural weld efficiency was 75%. Fatigue crack propagation (FCP) tests were performed on specimens from the welded joints and compared with the parent materials to determine the mechanical integrity of the slot repairs. The fatigue lifetime and FCP kinetics were similar for the parent and slot welded bainitic steels, indicating similar resistance to FCP. The fatigue fracture surface morphology of the parent and welded bainitic rail steels both revealed mostly a ductile fracture mechanism in all the three FCP stages.     

铸钢件ASTMA4876A粉碎盘焊接修复工艺

针对铸钢件ASTM A487 6A粉碎盘在生产过程中产生的裂纹、缩松、缩孔等缺陷的问题,对粉碎盘铸钢件可焊性进行了分析,提出了修复方案和合理的工艺参数.通过采用合理的焊补工艺,实现了该类铸钢件的缺陷修复.     

Advanced Surface Engineering Technologies for Remanufacturing Forming

Based on the foreign remanufacturing mode,which relies mainly on Part-Replacing Repair Method and Size-Changing Repair Method,China has explored and practiced the new remanufacturing mode,which relies mainly on Surface Repair and Performance Improving Method.The aim of remanufacturing forming is to renew rapidly the original size of the waste components rapidly,and then improve their service performance.The advanced surface engineering technology,especially the high density heat source surface forming technology,is the important technique to carry out rapid forming.Based on the arc heat source,plasma heat source and laser heat source,three kinds of high density heat source remanufacturing forming technologies,such as high speed arc spraying forming technology,micro-arc plasma forming technology,and laser cladding forming technology,have been developed.The benefits of remanufacturing forming based on advanced surface engineering technologies are great.