间接选择性激光烧结与选择性激光熔化对比研究

采用选择性激光烧结（Selective laser sintering，SLS）和选择性激光熔化（Selective laser melting，SLM）工艺，分别进行了铁基合金粉末的快速成形试验，对比分析了SLS与SLM成形机理、相应的工艺参数以及它们对测试件成形过程、金相组织与力学性能的影响。结果表明：由于成形机理不同，相对于SLS技术，采用SLM能够制造高致密度、组织均匀、力学性能良好的金属零件，但容易出现翘曲变形、裂纹与球化现象。通过制定合适的材料与工艺参数能够避免上述缺陷。     

Mo、V和Ag对粉末冶金Ti-5Al合金组织与力学性能的影响

采用元素混合法制备粉末冶金Ti-Al-Mo-V-Ag合金,通过金相观察、扫描电镜及力学性能测试等方法研究Mo、V和Ag的添加及烧结温度对Ti-5Al合金的烧结行为、显微组织与力学性能影响,并对其作用机制进行探讨。结果表明：1 350 ℃烧结时,V与Mo的添加能改善烧结合金的压缩强度,单独添加Ag时,则降低基体合金的综合性能,但当Ag与Mo、V同时添加到基体合金中时,改变合金的显微组织,提高烧结合金的致密度与抗压缩强度,致密度能达到96%,抗压缩强度达到1 782 MPa。同时,烧结温度不同时,相同成分的粉末冶金Ti-5Al合金的显微组织与性能也表现出不同的特征。     

选区激光熔化制备Ti-3Cu合金的显微组织及力学性能

以钛铜混合粉末为原材料,采用选区激光熔化制备了高性能Ti-3Cu（wt%）合金,然后分别进行800、1000℃保温2 h,空冷处理,重点研究了激光选区熔化的Ti-3Cu合金和1000℃热处理后合金的显微组织演化和力学性能。结果表明：选区激光熔化成型的Ti-3Cu合金微观组织均匀。Ti-3Cu合金在快冷条件下形成了板条状的α细晶组织,并且晶界处有明显的Cu偏聚,析出Ti₂Cu条带,有明显的界面钉扎效应,并与晶内的Ti₂Cu纳米颗粒共同作用,极大地增强Ti-3Cu合金的抗拉强度。Ti-3Cu合金在1000℃热处理后,晶粒长大,Cu元素在晶界处偏析形成大量脆硬的Ti₂Cu相,导致其强度降低。Ti-3Cu合金经800℃热处理,SLM过程中的应力集中有效降低,且未在晶界处析出大量的Ti₂Cu,较SLM样品,其强度降低,塑性升高。     

固态粉末的选择性激光烧结

本文阐述了固态粉末的选择性激光烧结的各种方法。讨论了激光器及其加工参数对固体粉末烧结的影响。     

放电等离子烧结预合金粉末法制备生物医用近β钛合金的组织演变和力学性能

本研究利用放电等离子烧结(SPS)预合金粉末的方法,成功制备出生物医用的近β钛合金Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn (wt %)。 近β钛合金的预合金粉末利用等离子旋转电极法制备,粉末的凝固组织主要是由β相主导的不发达的树枝晶组成,同时存在少量的β相单晶组织粉末球。1000℃/5min/50MPa条件下的SPS可以完全致密化近β钛合金的预合金粉末,并且消除原始的凝固偏析结构。β单相区固溶处理后,合金组织由β相和α″相组成,合金的拉伸强度达到815MPa,延伸率达到14%,同时具备62GPa较低的弹性模量。进一步500℃时效处理,合金组织中产生大量的纳米针状α相,使得合金的拉伸强度达到1015MPa,同时具备较好的延伸率和中等的弹性模量。然而,应当避免过低的时效处理温度,防止脆性ω相的析出。     

纳米材料激光选择性烧结成形的研究

纳米材料由于颗粒尺寸微小,致使其产生一些特异的性能,在应用过程中,把纳米粉末材料成形为大体积的材料及成形纳米零件产生了巨大的困难,激光选择性地成形纳米材料是利用激光烧结能量信号,能迅速加热,剧冷的特性,最大限度地控制纳米材料在烧结过程中颗粒生长的纳米材料成形的方法。本研究中,在激光选择性烧结成形纳米材料Al2O3的基础上,对纳米材料烧结成形过程中产生的问题进行了分析与探讨。     

新型医用钛合金Ti-39Nb-6Zr显微组织和力学性能的研究

通过室温拉伸试验、光学显微镜、透射电镜等分析方法,研究热处理工艺对Ti-39Nb-6Zr合金显微组织和力学性能的影响.实验结果表明:合金在900℃固溶0.5h后,抗拉强度和屈服强度随冷却速率降低而升高,即抗拉强度值大小关系为:水淬<空冷<炉冷;合金在350℃低温时效后弥散析出ω相,ω相为高温时效时α相析出提供有利形核位置,有利α相均匀析出,α相有强化基体作用,能提高合金强度和弹性模量,当热处理制度为900℃×0.5h,AC+350℃×4h+450℃×24hAC时,合金抗拉强度、屈服强度最大,分别为710和670MPa,弹性模量为65.4GPa.     

选择性激光烧结技术在医学上的应用

简述了选择性激光烧结技术(SLS)和熔化技术(SLM)的成型原理及其在生物医学领域的应用,重点介绍了SLS在医学模型、植入体和赝复体、组织工程支架及药物传送装置等方面的应用,并对SLS和SLM技术的研究与发展方向进行展望。     

激光快速成形Ti-6Al-4V合金力学性能

采用实验研究的方法,对激光快速成形Ti-6Al-4V合金的力学性能进行了探讨。结果发现：和锻造件相比,激光快速成形沉积态Ti-6Al-4V合金的拉伸性能具有高强低塑特点和更显著的各向异性;成形试样的组织、氧含量和冶金缺陷都将影响到拉伸性能,其中组织的影响最显著,其次为氧含量和熔合不良缺陷：对于氧含量符合GJBGJB2921-1997标准的激光快速成形Ti-6Al-4V合金,经固溶时效热处理后所获得的网篮组织综合性能最好,不论是强度指标还是塑性指标都高于锻件标准。     

激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的微观组织与性能

以纯Ti,Al,Mo元素粉末为原料,采用激光多层沉积技术制备Ti-6Al-3Mo合金,研究了激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的微观组织特征及硬度分布.首先针对合金沉积层的凝固组织展开研究,分析激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的凝固组织的形态特征及形成规律,并结合多元合金凝固柱状晶/等轴晶转变模型分析其形成机理.结果表明,激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的凝固组织由外延生长的粗大柱状晶组成,仅在沉积试样的最顶部,形成一层薄薄的细小等轴晶;其次研究了β晶内α相的形成和分布.结果表明,原始β晶内的微观组织主要由大量的α束域,初生魏氏α板条以及板条间β相组成.在组织研究的基础上,对沉积层不同区域的硬度分布进行测试,为激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的进一步深入研究及应用奠定科学基础.     

烧结温度对多孑L钛组织结构与性能的影响

分别在1000、1100、1200、1300和1400℃下真空烧结制备了多孔钛试样,并对多孔钛试样进行孔结构、组织结构和性能检测,研究了烧结温度与多孔钛的结构和性能的关系。结果表明:随着烧结温度的提高,多孔钛中颗粒边缘由尖锐变圆滑,孔型由不规则形向圆形转变,烧结颈由细变粗进而出现颗粒表面熔化,孔隙率下降。硬度随烧结温度的提高,呈现先升后降的变化规律,抗压强度逐步提高。     

热处理对激光选区熔化成形高温钛合金组织与力学性能影响

采用激光选区熔化成形成形技术制备了高温钛合金试样,利用OM、SEM、XRD和力学拉伸等研究热处理制度对成形高温钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：经过固溶热处理后,成形合金内亚稳态的针状马氏体α′转变为α相和β相;随着固溶温度的提高α相的长宽比减小,晶界和相界发生断裂,部分α相由板条状断裂成短棒状或等轴状。成形合金的抗拉和屈服强度随热处理温度的升高逐渐下降,而延伸率逐渐提升。与固溶态相比,时效热处理后的合金组织内出现第二相,合金的室温抗拉和屈服强度明显提高,而延伸率下降。时效温度对合金的室温和高温拉伸性能影响不大,经945 ℃/2 h/AC、700 ℃/8 h/AC的固溶加时效热处理后,成形合金具有较好的综合力学性能。     

激光烧结/等温锻造TC17粉末钛合金的组织与性能

采用激光烧结(LS)+等温锻造复合工艺制各出优质粉末TC17钛合金材料,并研究了工艺过程对合金组织性能的影响.结果表明:激光烧结后的TC17合金微观组织主要由粗大β柱状晶粒组成;经相变点上、下等温锻造及热处理后,激光烧结的魏氏组织能够被有效地破碎,显微组织主要由条状和细小等轴a相组成;仅经相变点以下等温锻造及热处理后,合金组织主要由细小等轴a相组成,但由于变形不均,仍存在有少量的原始β晶粒边界.经过等温锻造、熟处理后,激光烧结合金的室温强度变化不大,但塑性大大提高,强度和塑性得到了良好地匹配.     

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。     

热处理对激光选区熔化TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了激光选区熔化(SLM) TC4钛合金沉积态和退火态显微组织的特征及其对力学性能的影响规律。结果表明:合金组织沿激光选区熔化成形高度方向呈现外延生长,形成柱状晶,晶内存在大量的针状马氏体α''相。退火后,晶内的针状α''相转变为α+β板条组织。随着退火温度的升高,组织中α相含量逐渐降低,α片层逐渐粗化,β相含量逐渐升高;室温拉伸强度逐渐降低,塑性逐渐升高,显微硬度逐渐降低。经过800℃×2 h/FC退火热处理后,激光选区熔化成形TC4钛合金具有最佳的强度与塑性匹配。     

退火温度对激光选区熔化成形TA15钛合金微观组织与力学性能的影响

研究了退火温度(650~900 ℃)对激光选区熔化成形TA15钛合金微观组织与力学性能的影响。结果表明,随着退火温度升高,SLM成形TA15钛合金中的细针状α′马氏体逐渐分解为α+β相,α相由细针状逐渐转变为层片状,β相主要在α′马氏体晶间以及内部晶格缺陷富集处析出。退火后试样晶粒取向差分布与SLM成形态试样非常类似,具有强烈的组织遗传性。在650~800 ℃退火温度区间内,随着退火温度升高,试样的强度和硬度下降,伸长率提高。当退火温度为900 ℃时,试样抗拉强度和伸长率分别为1117 MPa和11.2%,展现出最优的综合力学性能。     

激光功率对激光熔化沉积Ti-6Al-4V-0.25C合金组织和性能的影响

采用含0.25%C(质量分数)的Ti-6Al-4V预合金粉末进行激光熔化沉积试验,研究了激光功率对Ti-6Al-4V-0.25C合金组织和性能的影响。结果表明,Ti-6Al-4V-0.25C合金微观结构为等轴β晶粒,晶粒内部形成了层状α+β结构,并且平均晶粒尺寸和α板条尺寸均随着激光功率的增加而逐渐增加。此外,随着激光功率的增加,合金拉伸性能得到明显提升,特别是在激光功率为1500 W时制备的合金样品,抗拉强度、屈服强度及伸长率分别为1191 MPa、1129 MPa和8.3%。一方面,这是由于激光功率增加使得合金孔隙率显著降低;另一方面,Ti-6Al-4V合金中含有微量的C元素,在冷却/凝固过程中,大多数的C原子固溶在Ti基体中,造成固溶强化。     

HIP温度对SLM制备TC4钛合金组织和力学性能的影响

以激光选区熔化技术(SLM)成型TC4钛合金为研究对象,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子万能试验机等测试分析方法,研究了热等静压处理温度对TC4钛合金材料微观组织和力学性能的影响。结果表明,SLM态TC4钛合金横截面微观组织由等轴状初生β晶粒组成,纵截面微观组织由呈外延生长的柱状初生β晶粒组成。晶粒内部以不同取向的针状α'马氏体相为主,纳米点状β相在初生马氏体间形核生长。在α+β两相区温度进行热等静压处理,TC4钛合金的组织由α相和β相组成。随着热等静压处理温度的升高,板条状α相粗化成短棒状,β相含量增加且发生一定粗化。随着热等静压处理温度的升高,材料的抗拉强度和屈服强度呈现降低的趋势,断面收缩率也呈下降趋势。热等静压处理工艺为910 ℃-110 MPa-2 h的TC4钛合金可获得最优的强韧性匹配。     

TC4-DT合金不同热处理后的组织与性能

研究了热处理对TC4-DT合金棒材的显微组织、力学性能的影响。结果表明,经过（α＋β）区固溶处理后的TC4-DT合金显微组织为等轴状α相＋晶间β相构成的双相组织;在β区和α＋β）区双重处理后的显微组织为网篮组织。两相区固溶时效处理能明显提高材料的强度和塑性,可以得到比较好的综合力学性能。     

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。