等离子熔积直接成形高温合金件组织结构研究

采用多种分析工具对等离子熔积直接成形高温合金件的微观组织和相组成进行了深入研究.光学显微镜和扫描电镜结果显示等离子熔积直接成形高温合金工艺具有快速凝固特性,其微观组织比真空铸造件细小且致密,熔积层无分层、气孔、夹杂等缺陷;电子探针测试表明熔积层成分比真空铸造件明显均匀、偏析小;利用X射线衍射分析了高温合金件在真空铸造和熔积前后的物相,结果表明,合金的主要强化相均为γ/γ＇,熔积层残余应力较真空铸造件大.等离子熔积直接成形组织结构能够满足高温合金零件的要求,优于现有的真空铸造工艺,具有良好的实用价值.     

复合材料等离子直接熔积成形过程多相瞬态场数值模拟

提出了等离子直接熔积成形复合材料过程的固／液/气三相统一模型．该模型采用焓孔隙度方法来描述固／液（S／L）界面处的熔融和凝固过程;采用水平集（level-set）方法处理液／气（L／V）界面物理边界条件并追踪液／气界面的自由表面发展,考虑了熔体流动的主要驱动力——表面张力梯度和浮力以及工件表面的强制对流散热等因素,从而综合考察熔积层熔池内溶质扩散、液相流动和传热的瞬态演变过程．基于交错网格SIMPLEC算法编制了二维数值程序,对中碳钢基体、镍基高温合金粉末直接熔积成形的溶质扩散过程、流场、温度场瞬态分布及熔积层表面形貌的演变过程进行了数值模拟,此方法可进一步拓展到功能梯度材料熔积成形过程的数值模拟研究．     

Inconel718高温合金多层夹芯板结构的LBW/SPF技术

Inconel718高温合金多层夹心板结构具有高强度、高刚度、轻量化结构的特点,已用于低成本、轻质火箭发动机的制造.采用LBW/SPF技术制造了Inconel718合金多层夹芯结构件,并对其超塑成形前后的微观组织进行了分析.试验结果表明:超细晶Inconel718合金板材具有优良的超塑性能,在T=950℃,初始应变速率为1.6×10-4/s的条件下,延伸率达到483.6％.LBW/SPF技术制造出的Inconel718高温合金多层夹芯构件具有外观形状良好、壁厚分布均匀等特点.面板与芯板激光焊接参数为:功率1050W,焊接速度1000mm/min,离焦量-0.80mm,保护气体流量0.6L/min;芯板与芯板激光焊接参数为:功率900W,焊接速度1000mm/min,离焦量-1.00mm,保护气体流量0.6L/min.多层夹芯板结构的超塑成形参数为:成形温度Tf=965℃;成形压力Pf=4.2MPa;成形时间tf=130min.微观组织分析表明超塑成形过程利于焊缝显微组织的改善并且能够提高其力学性能.因此,LBW/SPF技术适用于超细晶Inconel718高温合金多层夹芯结构的制造.     

等离子熔积成形过程的温度场有限元模拟

建立了等离子熔积成形过程移动热源和动质传热的三维有限元数学模型,进行了该过程温度场的模拟分析．模拟结果表明,等离子熔积成形的温度场具有时空交变与不均匀分布的特性,随着熔积层数的增加,零件温度均匀化程度提高,冷却速度下降;但随着冷却速度下降,易产生流淌,影响成形性．最后通过对温度场的实验测定,模拟结果与实验结果基本符合,证明了熔积成形模拟计算模型的合理性．     

等离子熔积成形混相瞬态场的Level-Set方法模拟

提出了一种二维等离子熔积成形瞬态模型,该模型描述了液／气界面的自由表面发展,并模拟了熔池内流体流动和传热．采用Level—Set方法处理液／气界面边界条件,考虑了熔体流动的主要驱动力——表面张力梯度、表面曲率、浮力以及工件表面的对流散热等因素．用固液相统一模型来描述固／液界面处的熔融和凝固过程,并开发了相应的软件．对高温合金K163在不同扫描速度下的熔积层表面形貌、温度场以及熔池内流场进行了模拟分析．     

铝/钢预置高熵合金粉末对接接头组织及力学性能

采用微束等离子的焊接方法进行6010铝合金/钢预置CrMnFeNiZr高熵合金粉末对接熔钎焊工艺试验,在合适的工艺参数下可获得成形较好的熔钎焊接头,对所得接头进行微观组织及力学性能分析.结果表明:焊接过程中CrMnFeNiZr高熵合金粉末发生熔化,和液态铝一同形成焊缝;接头界面区生成较平整的FeAl_3金属间化合物层,经显微硬度测试,该区域硬度最大,平均硬度为526.1 HV;经拉伸测试,试样断裂于铝合金/钢界面处,接头抗拉强度为104 MPa,和未预置高熵合金粉末的接头抗拉强度73.7 MPa相比,预置CrMnFeNiZr高熵合金粉末所得接头强度提高.     

切削加工表面变质层厚度的图像识别技术

切削加工表面变质层影响零件的物理力学性能,会引起表面残余应力分布、显微硬度和微观组织结构等表面完整性的改变,进而影响零件疲劳寿命等服役性能.利用MATLAB图像处理工具,对切削加工表面变质层进行图像识别,探讨预分析图像质量对变质层厚度分析结果的影响,判定切削表面变质层与基体的边界,测量加工表面变质层的厚度.对镍基高温合金GH4169、粉末高温合金FGH95高速切削加工表面变质层分别进行了图像识别和变质层厚度的确定.结果表明:采用图像处理方法能正确识别加工表面基体和变质层的相含量差别,得到加工表面变质层深度,可用于加工表面完整性的检测.研究同时表明:图像亮度、纹理度、对比度和清晰度均会对变质层厚度分析结果产生较大影响,而图像色彩饱和度和尺寸大小的差异对变质层厚度分析结果影响较小.     

6063合金的微观组织及力学性能研究

用电解低钛铝合金熔配6063合金,挤压成型材后,研究其微观组织与力学性能,并与国内6063型材的微观组织与力学性能做了对比.,电解加钛6063合金具有良好的力学性能,抗拉强度和延伸率均有显著增加.用电解低钛铝合金熔配6063合金是完全可行的.     

多次激光冲击对电子束熔化成形Ti–6Al–4V合金的微观组织及力学性能的影响

激光冲击强化作为一种先进的表面处理技术，利用强激光束产生等离子冲击波，可用来提升增材制造金属构件的力学性能。然而，激光冲击对增材制造金属构件力学性能的影响机制仍不清晰。本文研究了多次激光冲击对电子束增材制造（EBM）Ti–6Al–4V钛合金的微观组织及力学性能的影响。系统地分析了多次激光冲击前后电子束增材制造Ti–6Al–4V钛合金试样的微观组织、表面形貌、残余应力及拉伸性能。通过x射线计算机断层扫描三维成像技术分析了激光冲击前后电子束成形试样的内部孔隙分布。研究结果表明，经过两次激光冲击强化处理，可以降低电子束成形Ti–6Al–4V合金试样内部孔隙，细化表层晶粒；两次激光冲击强化后试样抗拉强度提升了12%。此外，试样表层应力状态发生改变，表层产生的最大残余压应力达到419 MPa，影响层深度达到700 μm。多次激光冲击提升EBM成形钛合金力学性能的强化机制可归结为α相的晶粒细化与较深的残余压应力层的形成。     

基于挤出沉积成形技术的多孔生物支架制备

利用精密挤出沉积自由成形技术制备骨组织工程用羟基磷灰石多孔生物支架,探讨工艺参数对支架孔洞成形的影响,评价支架的力学性能并分析影响强度的微观因素.结果表明：通过调整工艺参数,采用挤出沉积工艺可制备出具有可控结构、良好连通性的生物支架;支架具有良好的力学性能,经过微波烧结处理后,孔隙率为56.2%的支架平均抗压强度为45.2MPa,致密化程度与晶粒尺寸是影响支架强度的主要微观因素.同时,该结构的支架能够为细胞的分化与新生组织的生长提供持续的强度支持,满足组织工程支架结构与力学性能要求.