微量锆元素对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金组织及性能的影响

采用激光选区熔化技术制备添加不同质量分数(0～0.5％)锆元素的AlSi10Mg合金,并进行了固溶时效处理,研究了锆元素对合金组织及性能的影响.结果表明:热处理前合金均主要由α-Al相和共晶硅相组成,添加锆后合金中生成ZrAlSi相,随着锆添加量的增加,α-Al相和共晶硅相先细化后粗化,在锆质量分数为0.3％时细化效果...     

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。     

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。     

选区激光熔化AlSi10Mg粉末性能研究

选区激光熔化技术具有独特的成型方式和工艺特点,其对成型粉末的性能也有着特殊的要求.以铝硅合金、精铝锭和精镁锭为原材料,通过气雾化制备AlSi10M g金属粉末.利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、激光粒度仪、表面吸附仪等设备对AlSi10Mg金属粉末的性能进行测试.测试结果表明:AlSi10M g金属粉末的松装密度为1....     

激光选区熔化3D打印AlSi10Mg合金的铺粉厚度

基于铺粉厚度优选出的3个工艺参数组合,分析了工艺参数组合对激光选区熔化技术成形AlSi10Mg合金试样基本性能的影响。3个工艺参数组合成形的试样硬度均高于63HRB,上表面单位面积磨损量均低于1.5×10-5 g/(s·mm2),孔隙率在0.05%以下,抗拉强度高于440 MPa,成形的测试试样尺寸误差均在±0.1 mm以内。试样上表面的表面粗糙度Ra在4 μm以下,侧表面的表面粗糙度Ra在5 μm以下。铺粉厚度30 μm的试样表面质量最优。     

激光选区熔化制备负泊松比椭圆多孔AlSi10Mg合金性能的数值模拟

将椭圆孔的长/短轴之比、短轴半轴长和初始胞元的边长作为设计参数,提出了一种简化的负泊松比椭圆多孔材料设计方法,通过几何关系建立了材料泊松比与设计参数间的数学模型,基于Gibson-Ashby模型建立了弹性模量与设计参数间的数学模型;通过准静态压缩试验对采用激光选区熔化技术制备的负泊松比椭圆多孔AlSi10Mg合金的泊松比数学模型进行验证,并确定弹性模量数学模型中的常数C。结果表明:采用所建立的泊松比与设计参数数学模型计算得到负泊松比椭圆多孔AlSi10Mg合金的泊松比与试验值相吻合,相对误差在10%~15%;椭圆长/短轴之比、短轴半轴长与泊松比呈负相关,而初始胞元边长与泊松比呈正相关;计算得到泊松比椭圆多孔AlSi10Mg合金弹性模量数学模型中的常数C约为4.123。     

热处理对增材制造AlSi10Mg超精密车削特性的影响机理

由于激光选区熔化(增材制造)直接成型的AlSi10Mg合金零件表面相对粗糙,很难满足对表面精度要求高的行业需求。而具有获取纳米级表面精度能力的超精密加工为提高激光选区熔化零件的表面质量提供了有前景的后处理解决方案。采用金刚石刀具分别对直接成型、低温退火、固溶处理以及时效处理后的AlSi10Mg合金的微量切削特性进行研究,讨论微观组织演变与切削参数对AlSi10Mg合金的超精密切削特性的影响机理,揭示热处理状态对切削力、切削表面质量与切屑形貌等的影响规律。以探索快速高效地将成型零件表面质量提高到镜面水平的方法。结果表明：激光选区熔化直接成型的AlSi10Mg合金微观组织以微米级的网格结构为主,其显微维氏硬度和切削力均大于热处理后的样品;切削力同时受到合金的微观组织和力学性能的综合影响;直接成型的样品沟槽表面质量最好,低温退火样品次之,固溶处理样品最差;高温热处理后形成的大块的Si颗粒会增加切屑的脆性,并降低样品的X轴切削力;增加切削深度和切削速度均会导致切削力的增加和表面质量的恶化,且切削深度对切削力和表面质量的影响更大;直接成型样品的镜面加工质量最好,表面粗糙度(Ra)数值可降低到11.2 nm,远低于直接成型样品的～10 µm。本研究为实现激光选区熔化成立铝合金零件的表面质量提升到镜面水平提供了理论和应用参考。     

GO/AlSi10Mg激光熔化沉积组织性能研究

针对铝合金激光熔化沉积件强韧性差等问题,提出一种溶剂蒸发法制备具有粉末球形度高、流动性好、激光吸收率高且氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)均匀分散的GO/AlSi10Mg复合粉末,采用激光溶化沉积技术(Laser melting deposition,LMD)分别打印AlSi10Mg成形件和GO/AlSi10Mg成形件,对比分析两种LMD成形件的微观组织和力学性能,探究GO调控AlSi10Mg合金成形件强韧性的机理。结果表明,添加0.1%GO的LMD成形复合材料抗拉强度提升了10.3%,延伸率提高了170%,硬度提高了5.8%,拉伸断口从脆性断裂特征转变成韧性断裂特征。GO在高能激光的作用下发生还原反应生成石墨烯,石墨烯对复合材料起到了晶粒细化的效果。拉伸试验过程中位错在石墨烯附近聚集并缠结,石墨烯在铝基体中的钉扎作用阻碍了位错的移动、促进了位错增殖,而且石墨烯与Al基体有较强界面结合,起到载荷转移和桥接作用。由于晶粒细化、位错强化、载荷转移强化以及桥接作用,提出的GO/AlSi10Mg激光熔化沉积技术提高了铝合金成形件的强韧性,为铝合金激光熔化沉积技术的应用和发展提供了...     

热处理对激光选区熔化GH3536合金组织演变规律的影响研究

利用激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)增材制造技术制备了GH3536镍基高温合金,研究了直接时效、固溶及热等静压处理对SLM合金组织和裂纹的影响规律,利用XRD、SEM、EPMA、EBSD、TEM等方法表征相组成和组织演变。结果表明:SLM态组成相为γ相,经固溶和时效热处理后,晶界析出针棒状和片层状相,EPMA结果表明这些相富含C、Cr、Mo,主要组成为Laves相和碳化物相;SLM态试样经固溶热处理后,合金元素扩散加强,熔池边界逐渐消失;SLM态平均晶粒尺寸13.18μm,经高温热处理后,合金晶粒发生再结晶,平均晶粒尺寸减小,经固溶处理后平均晶粒尺寸为12.01μm,而经热等静压处理(1050℃/3h/120MPa)后平均晶粒尺寸为10.87μm。SLM态试样中存在10～100μm的微裂纹,裂纹起源于熔池内部并贯穿熔化道;经直接时效和固溶热处理后微裂纹未明显改善,而热等静压则可完全消除微裂纹。     

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。     

δ相对激光选区熔化成形GH4169合金持久性能的影响

采用激光选区熔化(SLM)技术制备GH4169合金,通过热等静压+时效与热等静压+固溶+时效2种热处理制度控制δ相的析出,研究δ相对合金持久性能的影响。结果表明:2种工艺热处理后,SLM成形GH4169合金组织均为等轴晶,且存在退火孪晶;经热等静压+固溶+时效处理后,合金晶界处析出大量长棒状与连续颗粒状δ相;经热等静压+固溶+时效处理后合金在650℃/690MPa下的持久寿命是热等静压+时效处理后的一半左右,δ相的析出是导致合金持久寿命较低的主要原因;2种工艺处理的SLM成形合金的持久寿命均显著超过锻件的标准要求,且持久断裂方式均为沿晶断裂。     

体能量密度对选区激光熔化成形Hastelloy X合金组织及性能的影响

采用选区激光熔化(SLM)技术制备了Hastelloy X合金,研究了体能量密度(18.3,29.8,30.3,44.9,46.3,50.9,58.8,61.7,88.4J·mm~(-3))对合金微观形貌、显微组织、密度和硬度的影响。结果表明:SLM成形Hastelloy X合金纵截面形貌呈鱼鳞状,在熔池区域存在等轴晶、树枝晶及跨越多个沉积层的柱状晶,晶粒宽度为0.61.2μm;体能量密度在18.346.3J·mm~(-3)时,合金内部存在孔隙缺陷,随着体能量密度的继续增加,孔隙逐渐减少并消失,同时微裂纹开始形成并逐渐增多;合金的密度和硬度随体能量密度增加先增加后趋于稳定;当体能量密度为50.9J·mm~(-3)时,合金中的孔隙和微裂纹最少,成形效果最好。     

激光选区熔化成形Al-Si合金高周疲劳性能的研究进展

激光选区熔化(SLM)成形是近年来发展最快的增材制造技术之一,在航空航天、汽车和医学等领域应用广泛.但铝合金粉末具有流动性差、激光反射率高以及热导率高等特点,导致SLM成形件表面粗糙,易形成缺陷,从而影响其疲劳性能.结合国内外对SLM成形Al-Si合金高周疲劳性能的研究现状,综述了成形方向、成形参数、热处理和表面处理对成形件高周疲劳性能的影响及高周疲劳断裂机理,总结了改善疲劳性能的方法,展望了未来SLM成形Al-Si合金疲劳性能的研究重点.     

后处理对激光选区熔化成形Ti-6Al-4V钛合金力学性能的影响

采用激光选区熔化技术直接成形Ti-6Al-4V钛合金静力试验件,对部分试验件进行热处理或热等静压处理,并对三种状态的部分试验件进行表面打磨,通过试验对比研究了热处理/热等静压、表面处理等后处理工艺对激光选区熔化Ti-6Al-4V力学性能的影响。采用光学显微镜和扫描电镜对不同状态试验件的微观组织和断口形貌进行了观察,分析力学性能变化的原因。热处理和热等静压后,激光选区熔化Ti-6Al-4V钛合金试验件的极限强度有所下降,但延伸率提高约50%,韧性增强。表面打磨处理使热等静压态试验件屈服和极限强度均提高了约30 MPa,但未引起沉积态和热处理态试验件力学性能的明显改变。     

后处理工艺对激光选区熔化成形Hastelloy-X合金显微组织和低周疲劳性能的影响

采用激光选区熔化(SLM)技术制备Hastelloy-X合金,研究了不同的后处理工艺(1 175℃×2 h固溶处理、1 175℃/150 MPa×1 h或1 175℃/150 MPa×2 h热等静压处理)对合金显微组织和低周疲劳性能的影响。结果表明：SLM成形合金具备典型的熔池边界形貌和由细小树枝晶构成的柱状晶组织,同时存在微裂纹、气孔、孔洞等冶金缺陷;固溶处理消除了合金熔池边界,且晶粒由柱状晶向等轴晶转变,热等静压处理则能进一步闭合合金中的裂纹和气孔,同时沿晶界析出不连续的细小M₆C型碳化物;相比于固溶态合金,热等静压态合金具有更好的低周疲劳性能,其中2 h热等静压时间下得到的合金低周疲劳寿命略高;固溶处理态合金的疲劳裂纹以穿晶形式扩展,而热等静压态合金以穿晶+沿晶混合模式扩展。     

热处理对高真空压铸AlSi10MnMg合金拉伸性能的影响

分别对高真空压铸AlSi10MnMg合金进行T5(180℃×2 h)、T6(515℃×1 h空冷+175℃×2 h)和T7(460℃×1 h水冷+175℃×2.5 h)热处理,研究了不同热处理条件下该合金的显微组织和拉伸性能。结果表明：经过T5热处理后的铸态试验合金铝基体相长大,圆整度较高,晶粒尺寸主要集中在20～80μm,硅相仍呈细长状,与铸态试验合金相比,试验合金的抗拉强度提高了8.9%,断后伸长率降低了9.1%;经过T6和T7热处理后,铝基体相形状不规则程度降低,晶粒尺寸分别为2～50,2～30μm,组织更均匀致密,硅相由铸态时的细长状演变为规则的圆形,试验合金的抗拉强度分别降低了26.0%和23.9%,断后伸长率分别提高了54.5%和72.7%;铸态和T5态试验合金的拉伸断裂方式均为韧脆混合断裂,T6和T7态试验合金的断裂方式则以韧性断裂为主,其中T7态试验合金拉伸断口中的韧窝细密且深,塑性更好。     

选区激光熔化成形W-Ni-Cu的成形工艺及热物理性能

为了研究W-Ni-Cu合金选区激光熔化技术(SLM)直接成形工艺及其热物理性能,设计了以激光功率、扫描速度、扫描线长度、搭接率为变量的工艺实验,研究各参数对致密度的影响,采用SEM、热分析仪、差式扫描量热仪、热-机械分析仪研究合金的微观组织、导热率与热膨胀系数。结果表明:选择合理的优化工艺参数,W-Ni-Cu(SLM)成形致密度最高达到94.5%;微观组织为难熔相W发生了桥接与团聚,基体相CuNi呈网络状包裹于W相周围;测试试样所加载热流平行于烧结成形方向时,导热系数与热膨胀系数分别是120.314 0W/(m·K)及7.16×10~(-6)/K,加载热流方向垂直于烧结成形方向时,导热系数与热膨胀系数分别是99.257 2W/(m·K)及7.02×10~(-6)/K。不同方向成形测试件导热系数和热膨胀系数的差异是由难熔相W在CuNi相中的分布以及孔隙数量决定的。采用选区激光熔化成形技术可以成形性能较好的W-Ni-Cu合金。