激光选区成形Cu-Al-Mn-Ti记忆合金的工艺及性能研究

采用激光选区熔化技术成形了Cu-11.85Al-3.2Mn-0.1Ti(质量分数)合金。采用排水法对成形块体试样进行了致密度测试,优化了工艺参数,对试样进行了物相分析和微观组织分析,利用优化的工艺参数成形了拉伸试样和变形测试试样,测试在不同温度下拉伸试样的力学性能,通过DSC曲线分析了试样的相变温度及变形试样的记忆性能。结果表明,当激光功率为270W,扫描速度为500 mm/s,层厚为0.025 mm,扫描间距为0.1 mm时,试样具有接近100%的致密度;试样的物相中主要为马氏体相和Cu2Al Mn相,微观组织中观察到了马氏体组织,并且多为层错结构;拉伸试样在200℃时具有最大抗拉强度825.6 MPa,延伸率为20.3%且延伸率随着温度的升高而增大;试样的马氏体相变开始温度约为260℃,结束温度约为249℃,奥氏体转变温度高于400℃,形变回复率在57%以上。     

激光制备预压应力超高强韧马氏体层的组织与性能

针对飞机、高铁等关键承力构件大载荷重量比的需要,采用激光制备具有超高强韧马氏体成型层,改善关键承力件的力学性能以及表面应力分布。通过显微硬度计、SEM等手段分析激光成型层显微硬度、拉伸性能及断口形貌等,并研究其残余应力。实验表明:原始态试样残余压应力达到300～500 MPa,抗拉强度达1 715±35 MPa,延伸率10%±1%;300℃×2hAC试样的抗拉强度1 615±35 MPa,延伸率15%±1%;500℃×2hAC试样抗拉强度1 565±35 MPa,延伸率13%±1%。当热处理温度大于700℃时,马氏体明显分解,熔覆试样力学性能明显下降。在300M钢表面采用激光成型制备的超高强韧马氏体成型层表面平整无裂纹且致密,具有超高强度、高韧性、高硬度。     

激光选区熔化成形CuZnAl形状记忆合金工艺研究

利用激光选区熔化技术制备了铜基形状记忆合金块体,并初步探索了不同激光体能量密度对于合金致密度、相组成、微观组织形貌及力学性能的影响。发现随着激光体能量密度的增加,致密度先增加后减少。试样中β相的含量随着激光体能量密度的增加而减少,当激光体能量密度达到194.4 J/mm~3时,β相完全消失,只剩下单一的α相。显微组织观察显示,采用激光选区熔化技术制备的块体中存在的α相呈现规则的层片状,不同于铸造组织中形成的长条状α相。受到孔隙率的影响,拉伸强度随着激光体能量密度的增加而增加,最高拉伸强度可达328.3MPa;而由于相组成的改变,显微硬度随着激光体能量密度的增加而降低。     

工艺参数对选区激光熔化成形可降解纯锌相对密度及力学性能的影响

采用选区激光熔化(SLM)技术制备纯锌,研究了激光功率和扫描速度对其相对密度和力学性能的影响。结果表明:随激光功率增大或扫描速度减小,SLM成形纯锌的相对密度和硬度增大,显微组织均为平行于成形方向生长的柱状晶;SLM成形纯锌的最佳工艺参数为激光功率100 W、扫描速度300mm·s-1,所得试样的相对密度达99.86%,硬度为(44.7±1.2)HV,弹性模量、断后伸长率、抗拉强度、屈服强度分别为(48.6±2.4)GPa、(8.9±0.7)%、(95.5±3.3)MPa、(67.1±0.4)MPa。     

扫描方式与预热温度对激光选区熔化制备大尺寸AlSi10Mg合金性能的影响

采用激光选区熔化技术制备大尺寸AlSi10Mg合金试样,研究了扫描方式(棋盘式扫描与均匀扫描)及基板预热温度(80℃和120℃)对AlSi10Mg合金试样显微组织、密度和力学性能等的影响。结果表明:扫描方式是影响试样相对密度、拉伸性能和冲击性能的主要因素,而预热温度主要影响试样的硬度;预热温度80℃、棋盘式扫描方式下试样的相对密度最大(98.69%),拉伸性能和冲击韧性最好;预热120℃、棋盘式扫描方式下试样的硬度最高(257HV)。     

能量密度对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金缺陷及力学性能的影响

分析了能量密度对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金致密度的影响规律，并采用微纳CT检测结合EDS能谱分析的方法，统计了试样内部缺陷的类型和尺寸，分析了缺陷在试样三维层面上的分布规律及产生原因，得出了影响激光选区熔化成形AlSi10Mg合金致密度和内部缺陷的主要因素。结果表明，合适的激光能量输入是获得高致密度的关键，当激光能量密度处于47.62~50.00 J/mm³区间时，试样致密度最高，此时试样中夹杂缺陷消失，孔洞缺陷最大尺寸降至0.056 mm。孔洞缺陷产生原因主要与未熔粉体、空心粉及氧化物有关。在优选激光能量密度区间内成形的AlSi10Mg合金试样，其平均抗拉强度和伸长率分别在294 MPa和8.0%以上，优于铸造AlSi10Mg合金。     

316L不锈钢粉选择性激光熔化成形工艺及成形后的性能

对316L不锈钢粉进行选择性激光熔化成形,利用正交试验方法分析激光功率、扫描速度和扫描间距对成形试样相对密度、拉伸性能和微观形貌的影响,得到了最佳工艺参数。结果表明:成形试样的抗拉强度、屈服强度和相对密度均随激光功率或扫描速度的增加先增后降,随扫描间距的增加而增大;伸长率随激光功率的增加先降后增,随扫描速度的增加而增大,随扫描间距的增加变化很小;最佳工艺参数组合为激光功率310W,扫描速度960mm·s~(-1),扫描间距0.13mm;在最佳工艺下成形后试样的相对密度、抗拉强度和屈服强度均最大,分别为99.53%,613MPa和320MPa,伸长率为44.6%,成形试样的表面平整,孔隙较小,拉伸断口上的韧窝细小均匀,且球化现象较少。     

选区激光熔化成形Inconel625合金的显微组织及力学性能

采用雾化方法制备了Inconel 625合金粉,利用选区激光熔化成形技术将该合金粉直接成形制备了金相、拉伸和冲击试样,研究了其表面残余应力、显微组织及退火前后的力学性能。结果表明:试样表面有少量微裂纹,内部存在少量碳氧夹杂物颗粒,显微组织均匀致密,由单一奥氏体相组成;退火前试样的表面残余拉应力为398 MPa,高于经1 140℃×2h退火处理后试样的(242 MPa),其平均屈服强度、抗拉强度、冲击功、断后伸长率和断面收缩率分别为743 MPa,1 043 MPa,139J,31.4%和49.6%,而退火处理后试样的屈服强度、抗拉强度降低,冲击功、伸长率和断面收缩率有所增加;退火前试样的拉伸和冲击断口均呈韧性断裂特征。     

选区激光熔化成形碳纳米管增强铝基复合材料成形机制及力学性能研究

铸造铝合金具有优良的铸造焊接性能等优点,但是低硬度和较差的耐磨性能限制了其应用的范围,成形铝基复合材料构件是一种有效途径。采用选区激光熔化(Selectivelasermelting,SLM)增材制造技术成形碳纳米管增强铝基纳米复合材料(CNT/Al)构件,通过设置不同的激光参数,研究不同激光能量密度(η)下试样的致密化行为、物相和显微组织及其力学性能。研究表明:随着η从150J/m增加至187.5J/m,致密度从94.49%上升至99.83%。高能量密度增大了熔池的尺寸和温度,导致液相的黏度下降和润湿性能提高,使得液相均匀铺展,熔池间搭接程度上升以及孔洞等冶金缺陷减少,致密化程度上升。成形试样的主要物相为Al9Si和Si,碳纳米管(CNTs)外壁与基体发生原位反应生成了Al_4C_3,提高了界面稳定性。成形试样的硬度和耐磨性能与致密度变化表现为正相关。当η=187.5 J/m时,成形试样的平均显微硬度为164.3 HV_(0.2),摩擦因数下降至0.21,强度和延伸率分别为452 MPa和9.0%,表现出优良的力学性能。     

退火温度对激光选区熔化AlSi10Mg合金微观组织及拉伸性能的影响

详细研究了退火温度对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金微观组织和拉伸性能的影响规律。结果表明,退火后的激光选区熔化成形AlSi10Mg合金组织中网状共晶Si发生断裂、粗化;随着退火温度升高,网状共晶Si发生球化,以颗粒状均匀分布在Al基体中,且弥散二次Si粒子也逐渐溶解消失。激光选区熔化成形AlSi10Mg合金经退火后,其延伸率大幅提高,拉伸断口表现出韧性断裂特征。在270～280℃下退火2h,延伸率分别达到15.7%(X/Y向)和12.7%(Z向)以上,且强度保持在一个较高的水平(300MPa),实现了强度/塑性的良好匹配。通过拉伸试样断口分析,认为导致裂纹源萌生的主要原因是未熔粉体、气孔及氧化物等缺陷。     

6mm厚304奥氏体不锈钢激光焊接工艺规律的研究

采用光纤激光器对6mm厚的304不锈钢进行焊接试验,通过对不同工艺参数下的焊接接头显微硬度、拉伸性能及显微组织进行测试与观察,研究激光功率、焊接速度对焊接接头中心等轴晶晶粒大小、柱状晶宽度的影响规律以及力学性能的影响规律.结果 表明:焊接接头硬度都比母材大,热影响区的硬度与母材接近;增大激光功率或减小焊接速度,焊缝柱状晶宽度以及中心等轴晶晶粒都逐渐增大,焊缝显微硬度逐渐减小,焊缝抗拉强度先增大后减小;当激光功率为2.9KW时,焊缝抗拉强度达到最大值711.5MPa,抗拉强度与母材强度接近,继续增加激光功率,焊缝组织粗化,焊接接头抗拉强度降低.     

交变磁场对高硬熔覆层组织与性能的影响

为改善高硬激光熔覆层的力学性能,在激光熔覆过程中辅助施加类正弦交变磁场,在Q235A表面制备了高硬合金熔覆层。对熔覆试样进行拉伸和冲击性能测试、断口分析、显微组织观察、物相分析、显微硬度测试以及耐磨性对比分析,研究了交变磁场对熔覆层力学性能和微观组织的影响。研究结果表明：在激光熔覆过程中加载强度为50mT、频率为20Hz的交变磁场时,可使试样的拉伸强度提高约9%,延伸率提高约1%,冲击韧性提高约11%,且拉伸断口出现明显韧窝,材料组织更细化、致密;熔覆层显微硬度随着磁感应强度的增大而增大,但随磁场频率的变化极小;当交变频率为25Hz、磁场振幅为60mT时,熔覆试样磨损失重减小15%。     

挤压比对固相再生ZM6镁合金组织和性能的影响

利用固相再生方法在挤压温度为450℃,挤压比分别为11.1:1、25:1和44.4:1的条件下,将ZM6镁合金屑制备成试样,然后进行微观组织观察和力学性能测试。结果表明:ZM6耐热镁合金在挤压过程中发生部分动态再结晶,挤压比越大,动态再结晶程度越大;合金的抗拉强度和延伸率随挤压比的增大而增大,当挤压比从11.1:1提高到44.4:1时,抗拉强度从204MPa提高到248MPa,延伸率从20.7%提高到27.5%。T6态合金的抗拉强度高于挤压态合金的抗拉强度,T6态合金的延伸率低于挤压态合金的延伸率。     

选区激光熔化NiTi形状记忆合金成形与热处理

增材制造以灵活的结构设计与制造手段为NiTi形状记忆合金提供了更多可能的应用，然而激光增材成形制造完全致密的NiTi复杂结构构件仍存在挑战。研究激光扫描速度对Ni_50.9Ti_49.1(at%)粉末成型试样致密度和组织形貌的影响规律具有重要意义。所选的400～1 400 mm/s工艺窗口内，试样致密度均大于99%。但当扫描速度大于600 mm/s时底部会产生裂纹。优选打印速度400 mm/s的拉伸实验结果表明：沉积态试样和热处理试样平均抗拉强度分别为675 MPa和782 MPa，最大延伸率分别为19.7%和和17.95%，即500℃退火热处理后试样抗拉强度提升，但延伸率下降。沉积态和热处理态试样断裂机制为脆性与塑性断裂共同作用的准解理断裂机制。通过DSC实验测得热处理后试样的马氏体相变和逆相变起始温度M_s和A_s分别为35.8℃、10.0℃。温度介于二者之间时，合金由奥氏体、马氏体两相组成，EBSD结果表明20℃室温下试样主要由B19’马氏体构成。     

新型数控机床用镁铝合金的组织与性能研究

在AZ91镁铝合金中添加少量的合金元素Sc、Er和Ti,制备了数控机床用新型镁铝合金,并进行了显微组织、物相组成、不同温度下的耐磨损性能和力学性能的测试与分析。结果表明,该新型镁铝铸态合金由α-Mg基体以及少量的Mg17Al12、Mg2Sc、(Mg,Zn)4Er组成。与商用AZ91合金相比,该新型镁铝合金在20℃时的磨损体积减小73%、抗拉强度从250MPa增加至294MPa、延伸率从7%增加至12%,在400℃时的磨损体积减小69%、抗拉强度从73MPa增加至253MPa、延伸率从26%增加至42%。     

粉末床激光熔化成形H13钢工艺优化及力学性能研究

通过实验方法优化得到了粉末床激光熔化成形H13钢的工艺参数,并研究了成形样件的微观组织和拉伸性能。通过实验得到了H13钢单道成形的优化工艺区间:激光功率225 ~ 325 W,扫描速度600 ~1200 mm/s,通过块体实验得到优化的工艺参数为:激光功率275 W,扫描速度900 mm/s,扫描间距0.08 mm。微观组织显示为柱状晶粒,晶粒的宽度约为3 ~ 5 μm,长度约为10 ~ 40 μm。在优化工艺参数下成形试样的室温抗拉强度高达1 761 MPa,延伸率为2.72%。     

激光熔化沉积制备核电级Z2CN19-10N不锈钢构件组织与力学性能研究

利用激光熔化沉积技术制备核电级Z2CN19-10N奥氏体不锈钢板,利用金相显微镜,扫描电镜技术,对沉积态及热处理态组织进行分析,测试沉积态及热处理态试样室温拉伸性能。结果表明:激光熔化沉积Z2CN19-10N不锈钢沉积态组织由沿沉积增高方向贯穿多层外延生长的柱状晶组成,柱状晶内包含多个细长整齐排列的树枝晶,奥氏体基体上分布着大量沿沉积增高方向排列的残余铁素体;固溶处理后残余铁素体消除,奥氏体基体上析出大量碳化物。Z2CN19-10N奥氏体不锈钢沉积态组织具有良好的室温拉伸性能,抗拉强度达539 MPa,屈服强度264 MPa,延伸率54%,达到锻件水平。     

工艺参数对激光选区熔化成形TA32钛合金成形质量及硬度的影响

采用激光选区熔化（SLM）技术制备TA32钛合金试样,研究了激光功率（200～400 W）、扫描速度(800～1 200 mm·s^-1)和扫描间距（90～130μm）对成形质量及硬度的影响。结果表明：随着扫描速度增加,SLM成形TA32钛合金的表面粗糙度先减小后增大,相对密度和维氏硬度均逐渐降低;随着扫描间距增大,钛合金的表面粗糙度先减小后增大,相对密度和维氏硬度均先降低后升高;随着激光功率增加,钛合金的表面粗糙度先减小后增大,相对密度和维氏硬度均先升高后降低;适用于TA32钛合金SLM成形的激光能量密度范围为45～75 J·mm^-3。     

24CrNiMo合金钢的激光选区熔化成形工艺研究

针对高铁制动盘材料24CrNiMo合金钢进行激光选区熔化成形试验,研究了点距工艺参数和能量密度对24CrNiMo合金钢打印件密度的影响。研究结果表明,在相同能量密度条件下,打印件密度随着点距的增大呈现先增大后减小的规律。当点距在65μm时,24CrNiMo成形件密度可以达到最大值7.81g/cm~3,致密度达到99.87%。当点距为65μm时,打印件密度随着能量密度的增大呈现先增大后减小的变化趋势。其它点距条件下,24CrNiMo合金钢密度随着能量密度的变化波动不大。在点距65μm、曝光时间为150μs较优的成形工艺窗口下,其显微组织由粒状贝氏体、共析铁素体与极少量马氏体组成。     

压力下挤压铸造Al-Cu合金的性能研究

使用挤压铸造工艺制备出一种新型高强韧Al-Cu合金,75MPa挤压力T5热处理状态下其抗拉强度和延伸率分别达到490MPa和9.8%,比同条件下无压力时分别提高71.9%和50%.对该合金力学性能及其显微组织进行分析,结果表明,Al-Cu合金的抗拉强度和延伸率均随压力的增加而增大;加压之后晶粒明显细化,枝晶间距减小.