工艺参数和时效处理对选区激光熔化AlSi8Mg3合金组织和力学性能的影响

选区激光熔化（SLM）技术可实现复杂金属零部件的直接近净成形，在航空航天等领域具有广阔的应用空间，然而目前SLM成形Al–Si–Mg合金主要基于传统铸造合金成分，强度较低，缺乏针对SLM技术熔体急冷特点的专用Al–Si–Mg合金新成分的设计。基于此，本研究针对SLM的技术特点，通过增加合金中镁元素的含量，设计了SLM专用高镁含量AlSi8Mg3合金新成分，并系统研究了工艺参数和时效处理对选区激光熔化AlSi8Mg3合金组织和力学性能的影响。结果表明，AlSi8Mg3样品具有良好的SLM加工性能，合金的最低孔隙率为0.07%。在高激光功率（190 W）下制备的样品中，由于在SLM加工过程中高强度本征热处理导致Mg₂Si纳米粒子从α-Al基体中析出，使得样品具有较高的Vickers硬度。样品的最大显微硬度和压缩屈服强度分别达到HV（211 ± 4）和（526 ± 12）MPa。经150°C时效处理后，由于纳米析出相数量的增多，样品的最大显微硬度和压缩屈服强度分别提高到HV（221 ± 4）和（577 ± 5）MPa，远高于目前已知大多数SLM成形的铝合金。本研究为优化SLM成形Al–Si–Mg合金的力学性能提供了新的思路。     

Fe-Ni-C合金粉末选择性激光熔化成形

针对金属零件在选择性激光熔化成形过程中容易产生翘曲变形、裂纹与球化现象等问题,在理论分析与试验的基础上,探讨了其工艺参数与扫描路径对金属粉末在熔化成形中翘曲变形、裂纹与球化的影响,以及化学成分、熔池冷却速度与制件金相组织、显微硬度的关系,为选择性激光熔化技术的发展提供理论指导与实验依据.实验表明:通过合适的工艺参数与扫描路径,能够得到高致密度金属零件,金相组织均匀细小,没有出现明显翘曲变形、裂纹与球化现象.     

掺杂铝合金激光选区熔化成形研究进展

激光选区熔化成形(selective laser melting, SLM)是制造轻量化、一体化铝合金结构的潜在方法,因具有材料利用率高、生产周期短和成形精度高等优点在航空航天等领域受到广泛关注。目前实现工程应用的SLM成形铝合金种类少,且成形部件力学性能低,已成为制约其发展的主要问题。为进一步提高铝合金性能,掺杂铝合金SLM成形已成为中外研究热点。对金属元素和陶瓷颗粒对SLM成形铝合金致密度、显微组织和力学性能的影响等方面的研究内容进行总结和分析,对掺杂铝合金SLM成形未来发展方向进行展望。     

基材类型对钛合金电子束熔丝沉积成形的组织与硬度的影响

采用TC4钛合金焊丝,在α钛合金、α+β钛合金和β钛合金表面进行电子束熔丝沉积增材成形试验,研究了异种材料增材成形时基材对成形层及附近材料的显微组织和硬度的影响规律。结果表明:成形层的宏观组织均是沿成形高度方向外延生长的粗大柱状晶,基材类型对柱状晶的尺寸有较大影响,TB5为基材时柱状晶尺寸较小;成形层的微观组织为典型的网篮组织,但以TA3为基材的成形层中α片层较为粗大且无马氏体α’相,以TC4为基材的成形层中片层α相的尺寸较小,而以TB5为基材的成形层中有α’相析出,且越靠近基材,α’相的尺寸越小,数量越多。在基材原表面附近的基材内部有一层过渡区域,其中部分金属在成形过程中被熔化。熔化区尺寸与基材类型有关,以TA3为基材时熔化区最小;过渡区内材料的硬度发生明显变化,尤其是以TB5合金作为基材、表面沉积TC4合金时,该区域的显微硬度高于TB5和TC4合金的硬度。研究表明,基材的热物理性能对成形过程中热传导的影响、合金元素含量对材料组织转变的影响,是过渡区域内熔化区尺寸、成形层与过渡层中组织与硬度变化的主要影响因素。     

热处理对激光选区熔化镍钛合金性能的影响

采用X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、维氏显微硬度计和万能力学试验机等,分析了热处理温度对激光选区熔化(SLM)成形镍钛(NiTi)形状记忆合金的物相、相变温度、显微硬度和力学性能的影响．研究表明：随着热处理温度升高,激光选区熔化成形NiTi合金的相变温度先升高(奥氏体转变峰值温度为43.84℃,马氏体转变峰值温度为37℃)后降低(奥氏体转变峰值温度为1.55℃,马氏体转变峰值温度为-27.18℃);当热处理温度为300～500℃时,NiTi合金中产生马氏体组织和Ni₄Ti₃析出相,该析出相强化了NiTi合金基体;当热处理温度为300℃时,NiTi合金的硬度(HV)、拉伸强度分别为251.7和796 MPa,与激光选区熔化成形的NiTi合金相比分别提升了27.84%和31.35%．上述结果表明采用适当的热处理可以调控NiTi合金相变温度,提升其机械性能．     

高镍铬无限冷硬铸铁轧辊表面激光合金化的研究

将激光合金化技术应用于高镍铬无限冷硬合金铸铁轧辊,利用OM,SEM,显微硬度计和X射线衍射仪对激光合金化层的显微组织、成分、截面显微硬度分布和物相进行分析研究.结果表明,合金化层表面平整,与基体形成了冶金结合,部分区域存在裂纹.在激光功率、光斑直径、搭接率一定的条件下,合金化层厚度随扫描速度变化不大;裂纹率随速度增加而增加;合金化层硬度随速度的增加先提高后降低.当激光功率为7.2 kW,光斑直径为0.8~3 mm,搭接率为33.3%时,最佳扫描速度为11 m/min.此时,合金化层平均厚度为0.287 5 mm,平均显微硬度为1 001 HV0.05,是基体材料(656 HV)的1.53倍.     

SLM成形多层多道金属薄壁件温度场有限元模拟

针对高强铝合金A17075选区激光熔化（selective laser melting,SLM）过程中未知的熔池变化规律和层间作用影响产品成形效率和精度的问题，研究不同工艺参数（激光功率和扫描速度）对各成形层熔池形态和温度场的影响。利用有限元分析软件ANSYS建立金属薄壁件SLM成形的多层多道温度场有限元模型，同时，利用APDL（ansys parametric design language）语言编程模拟了激光热源的加载、激光功率与扫描速度，采用“单元生死”技术描述金属粉末材料的动态增长过程，得出瞬态温度场的分布状况。结果表明，激光功率与扫描速度各自影响不同的温度场因素，适合Al7075粉末的SLM工艺参数为功率250~300 W，速度800~1 000 mm/s。本文得到了激光功率和扫描速度的合理范围，为高强铝合金SLM实际实验提供理论参考。     

TA2/NiCr爆炸复合棒界面组织及性能研究

以爆炸复合法制备了TA2/NiCr合金复合棒,利用金相显微镜(OM)及高分辨透射电镜(HRTEM)进行界面处不同区域的微观组织结构分析,并利用显微硬度仪及万能力学试验机进行力学性能测试分析.结果表明,TA2/NiCr合金复合棒界面处TA2侧形变组织中出现了大量孪晶、位错以及沿界面45°方向的绝热剪切带.同时,界面处还伴随着竹节状熔化层的出现,其内部含有一定数量非晶组织,硬度约为850HV0.025;靠近熔化层为热影响层,由较大等轴晶组成,硬度约为200HV0.025;界面的结合强度约为193Mpa.     

HVOF制备的Ni60/WC-10Co4Cr涂层组织和滑动磨损性能研究

为了降低超音速火焰(HVOF)喷涂金属陶瓷涂层的材料和加工成本,使其在更大范围内替代会给环境带来严重污染的电镀硬铬(EHC)涂层,本文将不同比例的Ni60与WC-10Co4Cr相混合,并采用HVOF喷涂工艺分别制备了5种金属陶瓷复合涂层.研究了这些涂层的显微组织、基本性能和滑动磨损性能,并将其与EHC涂层进行对比.结果表明:所有HVOF喷涂工艺制备的Ni60/WC-10Co4Cr涂层都很致密(孔隙率小于1%),随着WC-10Co4Cr比例的增加,Ni60/WC-10Co4Cr涂层的硬度从688.3 HV0.3增加到1 203.4HV0.3,磨损率由2.75×10~(-5) mm~3/N·m降低到7.29×10~(-7) mm~3/N·m.并且,所有HVOF喷涂工艺制备的涂层和与其配对的摩擦副的磨损率以及磨擦系数均低于EHC涂层,表现出良好的抗滑动磨损性能.     

TD3合金离子渗氮耐磨性能研究

采用离子渗氮技术对TD3合金表面进行离子渗氮处理,采用金相显微镜、XRD,对渗氮层的组织形貌、物相结构进行观察分析;用显微硬度仪(维氏)测量渗氮层硬度,再用摩擦磨损试验机(往复式)进行常温干摩擦实验,对其耐磨性、磨痕形貌进行分析。结果表明:渗氮层深度可达80μm,渗氮层显微硬度最高可达1 190 HV,较基材硬度提高2.3倍以上,渗氮层含TiN、Ti_2N。渗氮试样磨痕深度与宽度减小,耐磨性能比基材也有显著提高。