选区激光熔化成形TA15钛合金的组织与拉伸性能

采用选区激光熔化成形TA15钛合金试样,利用OM、SEM等表征手段分析了选区激光熔化成形TA15钛合金组织形貌,并与板材的组织进行了对比;测试了成形试样的室温和高温拉伸性能.结果表明:可以通过选区激光熔化成形技术制备TA15钛合金,制备的TA15钛合金沿着沉积方向不断外延生长,组织呈细长柱状晶形貌,晶粒内部析出针状和片层状α相,与板材原始β晶粒被充分破碎,不存在连续的、平直的晶界,α相形貌不规则的组织存在较大差异.选区激光熔化成形TA15钛合金室温拉伸和高温拉伸性能均很优异,达到40mm厚钛合金板材水平,且横纵向性能呈现各向同性.     

微束等离子选区熔化成形系统设计

设计一种微束等离子选区熔化实验平台，利用SolidWorks软件对各零部件进行三维建模与虚拟装配，实现直角坐标系机器人结构的实验平台实物搭建.在不同工艺参数下，开展单道、单层微束等离子选区熔化实验，采用多项式回归对成形道宽度进行拟合.结果表明，成形电流、成形速度与成形宽度呈正相关分布.在多层金属熔覆实验中，对于厚度为2.40 mm的金属薄板而言，最佳参数为12.0 A的电流、 2.0 mm·s^-1的扫描速度和20%的搭接率.最终得到的多层金属成形效果较好，证实微束等离子选区熔化工艺的可行性.     

选区激光熔化铜合金纳米力学性能实验研究

针对选区激光熔化铜合金成形微观力学性能,采用正交实验设计方法,研究了不同工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距)对成形样件纳米压痕硬度的影响.通过方差分析,得出了不同工艺参数对其纳米硬度影响程度,从而为选区激光熔化成形工艺提高零件表面微观力学性能提供理论指导.     

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．     

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。     

激光选区熔化成形S136模具钢的成形性能研究

采用激光选区熔化(SLM)技术成形了S136模具钢,对其相组成、微观组织、磨损性能、硬度及腐蚀行为等进行了研究.研究结果表明:水平成形方向上(正面),裂纹易于在熔化道附近产生并垂直于熔化道,因较大冷却速度产生了大量细小的针状马氏体组织,从而有较高的显微硬度(688.20 HV3),在滑动摩擦过程中形成了黏附层,磨损率较低(5 590?m3/(N·m)),在Fe Cl3溶液中发生了均匀腐蚀;而在垂直成形方向上(侧面),裂纹则垂直于SLM层-层堆积方向,显微硬度较低(649.04 HV3),磨损率为25 840?m3/(N·m),在腐蚀液中发生了层间腐蚀.上述结果进一步证实了SLM成形试样存在各向异性.最后,SLM成形了具有复杂的随形冷却流道的模具镶块,注塑应用表明采用该镶块可提升注塑冷却效率25%,降低注塑生产周期20%.     

金属粉末激光选区烧结过程的特征探讨

采用激光选区烧结的方法,对Ni基合金粉末进行了一系列激光烧结成形试验.在试验的基础上,阐述了用激光直接熔化金属粉末,烧结成形金属零件的一些基本特征,这主要包括在激光烧结成形过程中的熔池球化特征、熔体流动特征和动态凝固组织特征.分析了熔池球化现象对烧结成形的不利影响,提出了减少粉层厚度和加大激光功率,可避免熔池球化现象的出现.进一步探讨了烧结过程的基本规律和烧结成形的基本机理,为金属粉末的直接激光烧结成形提供了依据.     

选区激光熔化FeCoNiCr系高熵合金微观组织的实验研究

介绍了关于选区激光熔化的热分析理论,利用选区激光熔化技术制备FeCoNiCrAl_0.5和FeCoNiCrAl_0.8高熵合金试件.利用超景深显微镜对试件微观组织进行观测,分析了粉末粒径、元素含量,以及工艺参数等因素对选区激光熔化高熵合金的微观组织的影响.结果表明,随着激光功率增大,试件顶部等轴晶的占比越来越少,尺寸越来越细小,试件底部组织中枝晶的占比逐渐增多,尺寸不断增大;随着扫描速度增大,高熵合金试件底部组织中枝晶尺寸逐渐减小、宽度变窄;搭接率对高熵合金试件微观组织影响较小;制得的高熵合金试件存在着裂纹、凹陷及气孔等缺陷.     

面向微束等离子选区熔化的在线检测系统

为解决微束等离子选区熔化过程中的自动化检测问题,开发出一套面向微束等离子选区熔化的在线检测系统。该系统以每一层的成形金属为研究对象,基于深度学习目标检测原理,对金属成形表面进行缺陷检测,并根据检测结果控制设备的启停,确保每一层的成形质量达到要求。同时,通过双目相机和线激光的配合,利用线阵扫描的方式对成形表面形貌进行三维重建,并显示在自主开发的可视化软件上,实现了缺陷检测和三维重建相结合的检测方案。实验结果表明：该系统能够快速、精确的检测出成形过程中产生的缺陷,实时性强、漏检率低,并将结果及时反馈到系统,实现了成形过程的主动、有效调控。     

电子束直接熔化技术中的粉末状态分析

在电子束直接熔化金属粉末技术中,为了避免真空室抽气瞬间的气流和电子束对金属粉末的作用力改变粉末的堆放状态,建立了金属粉末受力模型,并对金属粉末的受力进行计算和分析。理论分析与实验结果表明,在抽气口位置粉末容易被气流抽走,工作台不能与抽气口在同一水平高度。0.5mA以上的电子束束流引起的压力会推开气雾化不锈钢粉末,该现象的主要解决途径为降低电子束束流、提高粉末致密度和选用摩擦因数大的金属粉末。此外,利用电子束对金属粉末预热,提高其相互间的粘结力也是解决方法之一。     

铸态和沉积态Al-25Si-5Fe-3Cu合金的显微组织与相形成

采用常规铸造和喷射成形工艺制备了含硅达25%(质量分数)的过共晶Al-Si合金,利用SEM(EDS)、XRD和DSC等分析方法对合金的显微组织和相熔解析出进行了分析研究.结果表明,铸态合金含有粗大块状初晶Si相和粗大针片状含铁相,而喷射成形工艺能够使二者的尺寸、形貌发生改变而有利于合金性能的提高.同时,铸态和沉积态合金中均含有基体Al、初晶Si和Al2Cu相,不同的是铸态合金中含铁相主要为δ-Al4FeSi2相,而沉积态合金中以β-Al5FeSi相为主.分析其原因主要是糊状层的存在引起沉积坯冷却速度降低而导致沉积坯中发生δ-Al4FeSi2相的转变及共晶组织增加,致使沉积态合金中β-Al5FeSi相为主要含铁相.采用DSC实验对沉积态合金在熔化和凝固过程中发生的反应进行了讨论.     

选区激光熔化成型镁合金构件关键技术综述

选区激光熔化成型镁合金构件性能优异且个性化程度高,在工业生产、生物医疗等多个领域具有重要应用意义。首先,对选区激光熔化成型镁合金技术的基本原理与技术特点进行了简要阐释;其次,基于选区激光熔化成型镁合金技术的国内外研究现状,将目前已有研究成果与尚未解决的技术问题进行归纳与总结;再次,对选区激光熔化成型镁合金关键技术进行分析,对主要技术难点及其解决方案进行综述;最后,对选区激光熔化成型镁合金发展趋势进行探讨,指出今后可在以下方面进行深入研究:1)优化现有工艺参数与成型仓风道等机械除尘结构,通过主动抑尘与被动抑尘相结合的方法提高成型质量;2)通过工艺调控减少成型缺陷,制备高性能镁合金构件;3)优化粉末筛分结构,提高成型安全性。     

Effect of graphite powder as a forming filler on the mechanical properties of SiCp/Al composites by pressure infiltration

(38vol% SiCp + 2vol% Al₂O_3f)/2024 Al composites were fabricated by pressure infiltration. Graphite powder was introduced as a forming filler in preform preparation, and the effects of the powder size on the microstructures and mechanical properties of the final composites were investigated. The results showed that the composite with 15 μm graphite powder as a forming filler had the maximum tensile strength of 506 MPa, maximum yield strength of 489 MPa, and maximum elongation of 1.2%, which decreased to 490 MPa, 430 MPa, and 0.4%, respectively, on increasing the graphite powder size from 15 to 60 μm. The composite with 60 μm graphite powder showed the highest elastic modulus, and the value decreased from 129 to 113 GPa on decreasing the graphite powder size from 60 to 15 μm. The differences between these properties are related to the different microstructures of the corresponding composites, which determine their failure modes.     

选择性激光熔化316L不锈钢粉成形优化工艺

针对选择性激光熔化技术加工零件存在的致密度低、成形精度差和表面光洁度低的问题,利用正交实验的方法优化316L不锈钢粉末成形零件的工艺,研究激光功率、扫描速度、扫描间距对零件成形致密度的影响,分析了试样的表面形貌。实验结果表明:采用选择性激光熔化工艺的316L不锈钢粉末试样有较高致密度,其试样的致密度达80.1%。工艺优化后的参数为激光功率300 W、扫描速度800 mm/s、扫描间距0.08 mm,并在该组优化参数条件下成功制造零件。     

Scan Strategy in Electron Beam Selective Melting

In electron beam selective melting process, powder pushed-away phenomena and uneven temperature field are two main obstacles, which are greatly associated with the electron beam scan mode. In this paper, various scan strategies, including iterative scan mode, reverse scan mode, interlaced reverse scan mode, randomized block scan mode, and constant length scan mode, are investigated. The analyses for each scan strategy are presented based on the influence to the temperature field over the formation zone and the powder pushed-away phenomena. The most promising strategy, interlaced reverse scan mode, is approved by the ANSYS simulation and a two-dimensional scan experiment. The result shows interlaced reverse scan mode can improve the uniformity of the temperature field and reduce the powder pushed-away phenomena.     

Nd60Fe30-xZrxAl10(x=5,10,15,20)合金的制备及磁性能研究

分别采用电弧熔炼和机械合金化法制备Nd60 Fe30-xZrxAl10（x=5,10,15,20）晶态和纳米非晶态合金,并利用X射线衍射仪、振动样品磁强计等对制备的晶态合金和纳米非晶态合金的结构及其磁性能进行分析,研究Fe和Zr相对含量的变化对合金相的组成及磁性能的影响.结果表明：Nd60 Fe30-xZrxAl10（x=5,10,15,20）合金晶态及纳米非晶态合金均显示软磁性;对于晶态样品,随着Zr含量的增加,样品的磁化强度逐步降低;对于纳米非晶态合金,随着Zr含量的增加,合金的饱和磁化强度降低;相同成分的纳米非晶态合金的饱和磁化强度高于相应的晶态合金的饱和磁化强度.Nd60Fe20Zr10Al10混合粉末球磨100 h后达到了完全非晶化,说明Nd60 Fe20Zr10Al10有较好的非晶形成能力.     

基于电子束扫描控制的中间层熔炼技术

试验采用按一定配比混合的铼、钛等金属粉末作为复合中间层材料，利用开发的电子柬扫描控制系统，通过电子束束流大小、扫描轨迹形状、扫描点数、扫描频率和加热时间等因素的调节，控制电子束输入能量的分布，从而控制基体材料对中间层的稀释率，最终达到控制中间层成分的目的．试验结果表明，用受控电子束熔炼粉末金属可以获得满意的中间层材料．     

一种新型简捷式疲劳裂纹修复仪概念设计

疲劳是零件或结构失效的主要原因.为此设计了一种操作灵活的新型疲劳裂纹修复仪,其可通过可编程控制器和机械臂实现自动工作.纳米材料在低于零件或结构熔点的温度下被用以修复裂纹.裂纹修复仪主要由机身、手柄、相机、喷嘴和活塞组成.其利用激光作为热源,温度传感器对温度进行检测并对纳米材料流通道进行控制.来自外部光源的激光通过喷嘴中心孔照射到工件裂纹处,喷嘴中心孔被粉末通道的出口环绕,粉末出口的方向和激光的焦点重合,在激光加热工件之后喷上粉末,并在材料沉积工序之后进行压力冲击.距离传感器能够使修复过程随着裂纹的发现和探测来进行.本设计结构紧凑,原理简单,可以高效完成裂纹修复.     

Scan Strategy in Electron Beam Selective Melting

In electron beam selective melting process, powder pushed-away phenomena and uneven temperature field are two main obstacles, which are greatly associated with the electron beam scan mode. In this paper, various scan strategies, including iterative scan mode, reverse scan mode, interlaced reverse scan mode, randomized block scan mode, and constant length scan mode, are investigated. The analyses for each scan strategy are presented based on the influence to the temperature field over the formation zone and the powder pushed-away phenomena. The most promising strategy, interlaced reverse scan mode, is approved by the ANSYS simulation and a two-dimensional scan experiment. The result shows interlaced reverse scan mode can improve the uniformity of the temperature field and reduce the powder pushed-away phenomena.