间隔重熔对TC4选区激光熔化样件的影响研究

探究间隔重熔工艺对三维打印Ti-6Al-4V(TC4)样件成形质量的影响。在大层厚（150μm）成形提高样件成形效率的基础上，采取“表面重熔+内部间隔重熔”的优化工艺方式，以达到改善大层厚成形样件内部缺陷的目的。试验结果表明：与未重熔的样件相比，间隔重熔、逐层重熔样件对于表面质量改善效果显著，且二者差异较小。进行间隔一层重熔的样件，抗拉强度增加97.84 MPa，屈服强度增加了45.96 MPa，延伸率增加0.9%。从断口形貌看，间隔一层重熔样件除了孔洞数量略多于逐层重熔样件外，断裂特征均为河流状解理断裂及韧窝断裂，二者力学性能改善效果差异较小。研究同时发现：样件的显微组织与激光间隔重熔工艺方式有关，间隔一层重熔样件显微组织均匀致密，显微硬度最佳，达到442.1 HV0.3。     

选区激光熔化成形24CrNiMo合金钢的组织结构与力学性能

采用选区激光熔化(SLM)技术制备了24CrNiMo合金钢件,研究了SLM工艺参数对成形合金钢件显微组织、致密度、硬度及拉伸性能的影响。结果表明:成形合金钢的显微组织由回火马氏体和少量残余奥氏体组成;随着激光功率增大和扫描速度降低,熔池体积增大,冷却速度降低,回火马氏体板条粗化,热影响区变宽,合金钢的硬度降低;同时,成形合金钢内未熔合孔洞减少,致密度增加;当激光功率为320 W、扫描速度为750 mm/s时,合金钢的致密度最高,为99.93%;当激光功率为320 W、扫描速度为950 mm/s时,成形合金钢的拉伸性能最佳,其抗拉强度和屈服强度分别为1362 MPa和1252 MPa,延伸率为16.2%。在合适的激光成形参数下,SLM成形24CrNiMo合金钢的综合力学性能明显优于铸态合金钢。     

高速钢激光重熔后的组织与性能

研究了W18Cr4V高速钢激光重熔后的组织与性能。结果表明，常规淬回火组织经激光重熔后其硬度、韧性都有提高，熔化层的残余应力为技应力；经640℃回火后；由于残余应力的消除及重熔组织中马氏体的二次硬化和残余奥氏体的二次淬火效应其耐磨性能有了进一步地提高。     

增材316L不锈钢的激光冲击强化研究

增材制造与激光冲击强化技术相结合,以提高增材制造打印产品的力学性能。本文以316L不锈钢粉末为实验原料,通过同轴送粉式增材制造工艺获得实验试件;利用SIA LSP 23系列激光冲击强化系统在不同激光能量下对增材316L不锈钢试件进行处理,研究了增材316L不锈钢实验试件激光冲击强化处理前后的残余应力、显微硬度和抗拉强度。经激光冲击强化处理,增材316L不锈钢近表面引入了残余压应力、并伴随着显微硬度和抗拉强度的显著提高;所引入的残余压应力、显微硬度和抗拉强度随激光能量的增加而增加,表明较高的激光能量能够获得较好的激光冲击强化效果;激光冲击强化作用后的增材316L不锈钢的截面显微硬度分布规律与残余应力分布规律类似,但显微硬化层深度要比残余压应力层深度要深0.15～0.25mm。激光冲击强化可作为一项后处理技术用来提高增材制造打印产品的力学性能。     

扫描策略对激光粉末床熔融W-Ti重合金致密化、残余应力及力学性能的影响

采用激光粉末床熔融（LPBF）增材制造技术在不同扫描策略（岛状、之字形、重熔扫描策略）下制备了W-Ti重合金,研究了扫描策略对W-Ti合金致密化行为、残余应力分布及纳米硬度、抗压强度、断裂应变等力学性能的影响规律。研究结果表明：使用岛状扫描策略可以有效抑制试样内部的孔隙、裂纹等冶金缺陷,且成形件层间冶金结合良好,致密度可达99.4%;岛状扫描策略下成形试样的残余应力分布较均匀,纳米硬度为8.44 GPa,极限抗压强度和断裂应变可达1906 MPa和20.4%,均为三种扫描策略下的最高值。本实验研究明晰了激光扫描策略与LPBF成形W-Ti合金力学性能之间的关系,优化了难加工W-Ti重合金的激光增材制造工艺。     

激光重熔A356铝合金表面的力学性能

采用不同的激光功率在A356铝合金表面进行激光重熔试验,分析了重熔层的组织和显微硬度,并采用三点弯曲试验研究了重熔层的力学性能以及重熔层与基体的结合性能。结果表明:与基体相比,激光重熔层的硬度得到了大幅提升;重熔层中的细晶强化及第二相弥散强化提高了重熔层的强度,延缓了重熔层中第一裂纹的发生;重熔层与基板区域具良好的冶金结合能力,界面区域无裂缝;经激光重熔处理的试样表现出了良好的表面力学性能,在1500 W及2000 W激光功率下获得的重熔层与基体间未出现分层现象。     

316L不锈钢双激光选区熔化成形性能研究

为了研究不同的扫描模式对激光选区熔化（SLM）成形质量的影响，采用自主研发的双激光同步扫描激光选区熔化设备，在单激光扫描、双激光低功率同步扫描、双激光高速同步扫描模式下制备了316L不锈钢样件，对比了三种模式下的成形质量，分析了三种模式下飞溅形态、熔池形貌以及样件力学性能的差异。结果表明：采用双激光低功率（110 W）同步扫描时，由反冲压力引起的飞溅增多，熔池尺寸均匀且排列整齐；随着单束激光功率从95 W提升至120 W，样件的致密度从98.91%提升至99.32%；样件的微观组织主要由宽度为0.65～0.75μm的柱状亚晶与等轴亚晶组成。采用双激光高速（2000 mm/s）同步扫描时，熔池深宽发生较大变化，搭接率由单激光扫描时的30%提升至50%以上，柱状亚晶的平均尺寸由单激光扫描时的0.50μm降到0.35μm。两种双激光同步扫描模式下成形样件的力学性能与单激光扫描模式下的相当，致密度达到99%以上，抗拉强度均超过720 MPa，延伸率超过40%。双激光高速同步扫描使得成形效率相较单激光扫描提升了一倍，为大尺寸激光选区熔化设备的扫描策略设计提供了新思路。     

全20CrMnTi表面激光重熔的组织与性能研究

本文对激光重熔20CrMnTi材料表明改性层显微组织分布特征、表面硬度分布规律以及残余应力状态作了研究,结果表明,表面改性层由熔融层、相变硬化层及过渡层组成,且材料表面显微硬度得到大幅度提高,表面硬度达到HV841,约提高4倍。硬化层深度约1mm。残余应力测试得出最大残余应力出现在熔凝带中心,表现为压应力。随着离中心距离的增大,残余应力逐步降低,到熔化带边缘,表现为低幅值压应力;而熔池的外边缘应力在热影响区则转变为拉应力状态。     

TC17 钛合金激光多次冲击强化后组织和力学性能研究

对TC17钛合金激光冲击强化前后的微观组织和力学性能作了对比研究,将TC17钛合金进行同一功率密度下不同次数的激光冲击,分别利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X 射线衍射仪、残余应力测试仪和显微硬度计对激光冲击前后TC17钛合金的微观组织、残余应力和显微硬度进行了观察和测试。试验结果表明:TC17钛合金在不同次数激光冲击后,表面形成了剧烈塑性变形和高密度位错,晶粒细化明显,3 次激光冲击后有纳米晶形成;残余应力和显微硬度都随着冲击次数的增加数值增大,且沿深度方向的变化规律基本相同;与未冲击试样相比,5 次冲击后试样表面显微硬度提高了20.7%,沿深度方向300 m范围内影响明显,表面残余应力达到-644.3MPa,残余压应力影响层深度增加至1.9mm。     

选区激光熔化激光功率对316L不锈钢熔池形貌及残余应力的影响

针对选区激光熔化(SLM)工艺参数的匹配性对成形质量的影响,选取三种激光功率在不同的扫描速度和扫描方式下进行实验,研究了激光功率对熔池形貌及残余应力的影响。结果表明:随着激光功率增大,熔池的几何尺寸和成形件中的残余应力均变大。这主要是因为在上述参数序列下,随着激光功率增大,热流密度增大,相同层厚与截面下的温度梯度增大,熔池温度升高,熔池尺寸变大,从而导致成形件熔融时的晶面夹角及晶界间距较大,进而产生了较大的热应力,成形件冷却凝固后的残余应力过大。在实际应用中,通过合理设计匹配的工艺参数,可以得到较适合的熔池几何尺寸(即较合理的温度梯度分布),从而减小热应力,进而减小残余应力,得到成形质量较高的SLM工件。     

2Cr13不锈钢粉末激光直接堆积成形的组织与性能研究

为说明激光直接金属堆积(DMD)成形件的组织与性能特点,进行了2Cr13不锈钢粉末的直接成形实验研究.检测了不同工艺参数组合下单道熔覆、多道搭接和多层堆积的显微组织形貌,测试了2Cr13零件的硬度、耐磨损、拉伸和残余应力等性能.研究表明,单道熔覆的典型组织有柱状、胞状枝晶和等轴晶三种,其相互转化由温度梯度和凝同速率所决定;由于粉末实时供给,搭接区与预置熔覆有很大不同;多层堆积枝晶生长表现出一定倾斜性,受扫描方式影响较大;不同工艺参数下,熔覆层平均硬度为300～550 HV0.2;当组织为细化的树枝晶时,成形件耐磨损件能可比涮质态2Cr13提高一倍以上;成形件的平均抗拉强度比调质态2Cr13提高30%;直薄壁墙零件不同位置处残余应力不同,但残余应力水平较低.     

激光选区熔化成形S-130钢热处理工艺研究

采用激光选区熔化(SLM)技术成形S-130马氏体时效不锈钢,研究了热处理前后S-130试样的物相、显微组织以及力学性能,并对比分析了五步热处理和三步热处理工艺对组织和性能的影响。结果表明:SLM成形S-130试样主要由大量马氏体和少量残余奥氏体组成,显微组织呈胞状枝晶结构,透射电子显微镜(TEM)观察到大量含有高密度位错的板条马氏体。经过两种热处理后,逆转变奥氏体的形成使得奥氏体的含量增加,大量的纳米级析出物在板条马氏体上弥散分布,同时残余/逆转变奥氏体在马氏体板条间析出。SLM沉积态试样经过两种热处理后显微硬度和拉伸强度得到明显提升,且延伸率没有降低。相较于五步热处理,三步热处理后的试样具有更高含量的奥氏体以及更细小的板条马氏体和析出物,且在保证延伸率的情况下具有更高的显微硬度和拉伸强度。SLM成形S-130马氏体时效不锈钢优化的热处理制度为三步热处理(固溶+冷处理+时效)。     

激光选区熔化成形高强Al-Cu-Mg合金研究

利用激光选区熔化(SLM)技术制备了Al-Cu-Mg合金。研究了激光线能量密度对SLM成形试样致密度的影响。在近乎全致密试样的基础上,研究了SLM成形Al-Cu-Mg合金试样的显微组织和力学性能。通过热处理工艺提高了试样的力学性能。研究表明,激光线能量密度为2.4kJ/m时,成形试样的致密度最高,达到99.8%,近乎全致密。成形试样显微组织由极其细小的过饱和胞晶构成。在细晶强化和固溶强化作用下,成形试样的抗拉强度为401 MPa,屈服强度为252 MPa,延伸率为6.5%;T4热处理后,在析出强化的作用下,抗拉强度提升至532MPa,屈服强度提升至338 MPa,延伸率提升至13%。     

激光重熔路径对再制造涂层残余应力及表面质量的影响

为进一步提高再制造合金层表面质量，提升其综合力学性能，通过数值模拟与试验相结合的方式，研究激光重熔路径对熔覆层残余应力及表面质量的影响机理。首先，基于Simufact Welding软件平台分别建立了激光熔覆及三种不同扫描路径下的重熔模型，仿真研究重熔过程温度场及应力场变化规律。然后，进行了激光重熔工艺试验，通过X射线残余应力检测仪、基恩士超景深显微镜对再制造合金层的残余应力及表面形貌进行检测分析。仿真结果表明，重熔过程中工件表面各点的温度梯度比熔覆过程有明显的降低，重熔前工件最大残余应力为269.59 MPa，经激光重熔后，工件的残余应力得到明显的降低，且L1型重熔路径下工件的残余应力值最小，仅为重熔前应力值的1/2左右。残余应力试验结果与仿真计算数值偏差在10%以内，证明了仿真计算的准确性。通过对合金层的表面形貌进行三维提取发现，激光重熔能有效降低熔覆层表面粗糙度。     

超声振动辅助激光金属成形IN718沉积态组织及性能的研究

在激光金属成形IN718过程中引入超声振动,测量了成形件的表面粗糙度、残余应力和室温力学性能,并对成形件的微观组织进行了分析。结果表明,施加超声振动后,成形件的表面粗糙度和残余应力得到显著改善,微观组织得以细化,抗拉强度和屈服强度均有提高。当超声频率为17kHz、超声功率为44 W时,与未施加超声振动时相比,超声振动作用下成形件的残余应力在x和y两个方向上分别降低了47.8%和61.6%,屈服强度、抗拉强度和断面伸缩率分别提高了6.1%,2.7%和10.6%,延伸率降低到29.2%。     

激光冲击对K403合金激光熔覆修复微观组织和性能的影响

针对激光熔覆修复K403镍基高温合金构件组织粗大和力学性能下降的问题,提出采用激光冲击强化技术对修复区进行表面强化。利用SEM观察不同区域微观组织,利用显微硬度、残余应力和高温拉伸强度测试研究其力学性能。结果表明,激光冲击强化细化试样表层晶粒;强化后,试样基体区和熔覆区表面硬度分别提高21%和8%,影响深度约0.8 mm;激光冲击在试样表层引入约610 MPa且均匀分布的残余压应力,影响深度层达1.2 mm,经保温处理后,应力释放约18%,但在表面仍残留较大的残余压应力;激光冲击提高了材料高温拉伸强度约15%,解决了激光熔覆修复K403镍基构件力学性能下降的问题。     

基于层分区扫描策略的选区激光熔化成形试验研究

选区激光熔化(SLM)成形质量主要由工艺参数与扫描策略复合作用决定。试验通过不同成层方式、叠层方式以及扫描方式的复合得到层分区扫描策略。而后以不同层分区扫描策略复合适宜工艺参数组合成形TC4样件，并对其进行质量研究。结果表明，采用层分区扫描策略成形的样件其致密度更高，电镜下显微组织中针状马氏体分布更为细密。采用层分区扫描策略成形100μm层厚的样件时，其边长尺寸误差率及表面粗糙度变小。运用层分区扫描策略成形的样件较未运用层分区扫描策略形成的样件具有更强的成形环境调节能力，成形质量更优。     

激光重熔对SLM Ti6Al4V组织和性能的影响

首先针对选区激光熔化技术(SLM)成形过程中具有高的温度梯度和高的冷却速率,阐述热处理方法在解决残余应力、变形、孔隙缺陷等性能方面的耗时、耗费问题,基于重熔扫描在SLM过程中具有的潜在优势,系统性地研究初次扫描与重熔扫描成形性能异同。结合表面三维形貌和表面粗糙度,分析Ti6Al4V合金在初次扫描与重熔扫描下的表面质量异同机制;结合内部孔隙,分析Ti6Al4V合金在初次扫描与重熔扫描下的内部质量异同机制;结合微观组织与拉伸性能,分析了Ti6Al4V合金在初次扫描与重熔扫描下的组织、力学性能的异同机制。结果表明,两者的上表面组织都为针状马氏体α′,侧表面组织都由穿越多层凝固层的柱状晶β组成,但两者柱状晶的宽度不同。此外,重熔扫描的拉伸强度优于初次扫描的拉伸强度,且重熔扫描的断裂形貌中微观结构变大,韧窝数量减少。     

激光快速熔疑40Cr钢表面硬度与残余应力研究

研究40Cr在激光单道熔凝和叠道熔凝下材料表面显微组织分布特征,表面硬度分布规律和残余应力状态,结果显示单道激光熔凝的强化层组织由表层熔化区、亚表层相变硬化区及与基体相连的高温回火区组成,最大残余应力为拉应力,出现在熔凝带中心,在熔化带边缘为压应力,在热影响区为拉应力:叠道激光熔凝试件表面显微组织和硬度分布的差异在回火软化区和二次淬硬区。。叠道扫描的残余应力要比单道激光熔凝的小,新的熔凝带对前道熔凝带施加了应力并产生了韧化作用。     

激光选区熔化成形TiB_2增强S136模具钢

利用激光选区熔化(SLM)工艺成形TiB2/S136复合材料,研究了激光体能量密度η对SLM成形试样致密度、微观组织及力学性能的影响。采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、透射电镜等研究成形试样物相成分、表面形貌及微观组织。结果表明:当η过低时,粉末熔化不完全,形成大量残余孔隙;而当η过高时,受热应力影响,成形试样存在微裂纹。当η=66.7J/mm3时,成形试样表面缺陷少,致密度高达97.3%,存在细化的、分布均匀的等轴晶,其平均显微硬度高达742.4HV0.1,平均摩擦系数和磨损率分别为0.5593和0.272×10-4 mm3·N-1·m-1,耐磨性能优异,抗拉强度达到1051.3 MPa,延伸率为5.84%,塑性较好。因此,SLM成形TiB2/S136复合材料的最佳η为66.7J/mm3,η过高或过低,均会严重影响TiB2/S136复合材料的致密度及力学性能,该研究为SLM成形高性能模具钢材料提供了有益的理论和工艺借鉴。