激光选区熔化AlMgScZr/AlSi10Mg工艺及性能

开展了含钪铝合金/铝合金多材料激光选区熔化(selective laser melting,SLM)成形研究,分析工艺参数对微观结构和宏观性能的影响.采用HK125型激光选区熔化成形设备,优化激光功率和扫描速率正交窗口,获得多材料样件界面结合最优的体能量密度为117.6 J/mm3.通过光镜观察和能谱仪(energy dispersive spectrometer,EDS)元素分析发现界面过渡区域存在元素扩散,界面区域平均硬度略低于两侧合金,其与形成弱中间相化合物有关.AlMgScZr/AlSi10Mg多材料构件的抗弯强度和模量分别为698 MPa和2.70 GPa,多材料构件的水平结合抗拉强度可达279.6 MPa,垂直结合抗拉强度为206.5 MPa.结果表明AlMgScZr/AlSi10Mg多材料具有良好的冶金结合效果,并且其水平方向结合性能优于垂直方向结合性能.     

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。     

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。     

激光选区熔化技术在钴基高温合金制备中的应用进展

钴基高温合金是一种具有较高强度以及良好的耐热腐蚀性能的材料,在生物医疗、航空航天等领域有着广泛的应用。近年来以激光选区熔化技术(selective laser melting, SLM)为代表的增材制造技术快速发展。介绍了SLM技术在钴基高温合金制备中的应用,综述了在SLM过程中不同工艺参数对样品致密度、粗糙度等力学性能的影响,探讨了成形样品是否需要后处理以及后处理所带来的影响等。     

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.     

热处理对增材制造AlSi10Mg合金组织性能及残余应力的影响

增材制造AlSi10Mg合金通常存在较大的残余应力,对材料的服役使用产生不利影响,故需要采用热处理对残余应力予以控制甚至消除.利用X射线衍射、光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、背散射电子衍射、维氏硬度和拉曼光谱试验,研究了成形态和退火态合金的显微组织、性能及残余应力.结果表明,成形态合金由过饱和Al固溶...     

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。     

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。     

Ti64合金激光选区熔化的数值模拟研究

为研究工艺参数对制件成形及性能的影响,以指导实验与生产采用数值模拟的方法,比较激光功率、扫描速度、扫描方式3种工艺参数对制件温度场的影响及同一工艺参数下应力应变场情况。结果表明:当激光功率增大,瞬态温度场面积增大,熔池温度峰值增大;当扫描速度增大,其温度场收缩,温度梯度增大;相对于同向烧结方式,蛇形烧结方式前一段的温度场对上一道烧结具有保温作用,使温度梯度减小。推荐使用激光功率90 W扫描速度50 mm/s,蛇形烧结方式对Ti64合金进行烧结。     

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%.     

充型速度对半固态A1Si9Mg组织及性能的影响

采用倾斜冷却剪切流变法制备半固态A1Si9Mg合金熔体,流变压铸标准力学性能试样并进行了力学性能测定,用定量金相技术对力学性能试样的初生固相微观组织特征参数(固相率、晶粒尺寸和形状因子)进行了分析,研究了充型速度对半固态AlSi9Mg合金组织及性能的影响.研究结果表明:随着充型速度的提高,AlSi9Mg合金组织的初生固...     

Effects of heat treatment on microstructure and mechanical properties of SLMed Sc-modified AlSi10Mg alloy

The influence of heat treatments on the microstructures and mechanical properties of the selective laser melting manufactured AlSi10Mg alloy modified with Sc was systematically investigated. The results showed that the addition of Sc element introduced primary Al₃ Sc, which increased the heterogeneous nucleation during the solidification of AlSi10Mg alloy, and then the ultrafine network eutectic structure was obtained, and hence the tensile strength was improved significantly(nearly 2...     

扫描策略对激光增材制造铁基复合材料冶金缺陷控制、显微组织演变及力学性能的影响机制研究

Steel matrix composites (SMCs) reinforced with WC particles were fabricated via selective laser melting (SLM) by employing various laser scan strategies. A detailed relationship between the SLM strategies, defect formation, microstructural evolution, and mechanical properties of SMCs was established. The laser scan strategies can be manipulated to deliberately alter the thermal history of SMC during SLM processing. Particularly, the involved thermal cycling, which encompassed multiple layers, strongly affected the processing quality of SMCs. S-shaped scan sequence combined with interlayer offset and orthogonal stagger mode can effectively eliminate the metallurgical defects and retained austenite within the produced SMCs. However, due to large thermal stress, microcracks that were perpendicular to the building direction formed within the SMCs. By employing the checkerboard filling (CBF) hatching mode, the thermal stress arising during SLM can be significantly reduced, thus preventing the evolution of interlayer microcracks. The compressive properties of fabricated SMCs can be tailored at a high compressive strength (~3031.5 MPa) and fracture strain (~24.8%) by adopting the CBF hatching mode combined with the optimized scan sequence and stagger mode. This study demonstrates great feasibility in tuning the mechanical properties of SLM-fabricated SMCs without varying the set energy input, e.g., laser power and scanning speed.     

选区激光熔化TC4生物腐蚀和生物相容性分析

选区激光熔化(SLM)为降低TC4钛合金医用植入体的弹性模量、减小应力屏蔽效应提供了一种有效的解决方案,但这种材料在投入实际应用前尚需有充分的生物安全性评价。采用SLM技术制备出致密度为99.5%的TC4合金,通过电化学实验、溶血实验和细胞毒性实验测试了SLM成形TC4的生物腐蚀性能和生物相容性,并与传统铸轧工艺制备的合金进行了对比。实验结果表明:前者相比于后者有着更好的耐蚀性能,并且SLM成形TC4还具有优良的生物相容性,在生物医用植入物方面展现出很好的应用前景。     

激光熔化沉积成形Cu-Al-Mn-Ti形状记忆合金组织与性能研究

采用激光熔化沉积（laser melting deposition, LMD）成形Cu-Al-Mn-Ti形状记忆合金,研究其组织、冶金缺陷与性能特点。研究表明,LMD成形Cu-Al-Mn-Ti合金的显微组织具有各向异性特征：建造面为柱状晶组织,扫描面为等轴晶组织。这是由于LMD成形过程沉积方向存在较大的温度梯度导致的。LMD成形Cu-Al-Mn-Ti合金的基体组织为β相板条马氏体,并存在大量Cu₂AlMn颗粒状析出相。孔隙缺陷是LMD成形Cu-Al-Mn-Ti合金中主要的冶金缺陷,严重影响了合金的力学性能。热处理可提高LMD成形Cu-Al-Mn-Ti合金的力学性能及形状记忆性能。固溶、时效处理后,LMD成形Cu-Al-Mn-Ti合金的抗拉强度可由453.6 MPa提高至519.5 MPa,形状回复率可由68%提高至97%;当时效温度为500 ℃时,在晶界上开始析出网状α相导致Cu基体中的Al含量增加,使合金的力学性能和形状回复率下降。     

通过原位双次扫描法降低激光增材制造的多孔Ti6Al4V合金内应力

Selective laser melting (SLM) technology plays an important role in the preparation of porous titanium (Ti) implants with complex structures and precise sizes. Unfortunately, the processing characteristics of this technology, which include rapid melting and solidification, lead to products with high residual stress. Herein, an in situ method was developed to restrain the residual stress and improve the mechanical strength of porous Ti alloys during laser additive manufacturing. In brief, porous Ti6Al4V was prepared by an SLM three-dimensional (3D) printer equipped with a double laser system that could rescan each layer immediately after solidification of the molten powder, thus reducing the temperature gradient and avoiding rapid melting and cooling. Results indicated that double scanning can provide stronger bonding conditions for the honeycomb structure and improve the yield strength and elastic modulus of the alloy. Rescanning with an energy density of 75% resulted in 33.5%–38.0% reductions in residual stress. The porosities of double-scanned specimens were 2%–4% lower than those of single-scanned specimens, and the differences noted increased with increasing sheet thickness. The rescanning laser power should be reduced during the preparation of porous Ti with thick cell walls to ensure dimensional accuracy.