选区激光熔化制备高熵合金的研究进展

高熵合金因优异的性能被广泛应用于航空、船舶、医疗器材等领域,传统的制备方法存在很多局限。增材制造因快速凝固成形,制备的高熵合金晶粒更细、性能更好,与传统制备方法相比更有优势,可直接由金属粉末原料获得三维立体制品的选区激光熔化（SLM）技术备受瞩目。本文介绍了SLM工艺参数、合金成分和后处理对高熵合金显微组织结构、力学性能的影响,汇总近年来国内外在选区激光熔化制备高熵合金领域的研究成果,旨在为该领域进一步的研究提供参考。     

选区激光熔化TiC/AlMgScZr复合材料的成形工艺研究

为了获得组织均匀且高致密的TiC/AlMgScZr复合材料,用低能球磨技术将50 nmTiC增强颗粒和15～53μm铝合金粉末进行预分散处理,基于选区激光熔化（SLM）技术,研究激光能量密度、功率和扫描速率对复合材料致密度的影响。结果表明：在层厚为30μm、扫描间距为0.12 mm、激光功率为280 W、扫描速率为800 mm/s的工艺条件下,可获得成形质量最佳的复合材料,其致密度为99.49%。显微组织表征发现,沉积态复合材料中存在少量的Al3(Sc、Zr)相,无界面反应产物和其他杂质。复合材料平均晶粒尺寸为720 nm,TiC颗粒使热影响区的晶粒明显细化,呈均匀的等轴状。     

激光选区熔化成型15-5PH不锈钢动态力学性能研究

为了研究激光选区熔化(SLM)成型15-5PH不锈钢的动态力学性能,对SLM成型15-5PH不锈钢试件开展动、静态压缩力学试验,获取力学性能参数,拟合其动态本构模型,并与锻造15-5PH不锈钢进行对比。结果表明:SLM和锻造15-5PH不锈钢准静态屈服强度分别为1 418 MPa和1 295 MPa,SLM成型15-5PH不锈钢提高了9.5%,并且加工硬化更显著; SLM成型工艺有助于15-5PH钢抵抗温度软化效应,提高动态屈服强度峰值; SLM技术应用于15-5PH不锈钢具备可行性。     

不同氮含量焊丝熔化极气体保护焊高氮钢的微观组织与力学性能

为研究不同氮含量焊丝对高氮钢焊缝组织性能的影响,采用自制的0.46[N]、0.61[N]、0.84[N]3种不同氮含量焊丝进行高氮钢熔化极气体保护焊焊接工艺试验.测试分析3种成分焊丝焊缝的固氮效果、气孔倾向、微观组织及力学性能.结果表明:随着焊丝氮含量的增加,焊缝氮含量升高,气孔倾向也增大;3种焊丝焊缝组织均由奥氏体+...     

激光选区熔化熔池视频监测与评价

为对激光选区熔化的加工过程进行监测和反馈调节,建立一套同轴高速相机熔池图像采集系统,研究 10 kHz 高速熔池图像在线实时监测与评价方法。完成有限元的建模,通过仿真分析熔池的正常形貌;基于FPGA 开 发高速图像采集与处理系统,实现10 kHz 图像的实时分析、处理和输出。把高速视频系统在粉末床激光选区熔化(laser powder bed fusion,LPBF)技术上集成,并开展实验测试与验证。实验结果表明：该系统可实时监测和输出熔池的评 价参数,为激光选区熔化闭环控制奠定技术基础。     

中厚度铝合金激光-MIG复合焊接组织与性能研究

激光-MIG复合焊接技术是目前焊接领域研究的热点,它能提高焊接速度、减小焊接变形和优化接头组织等特点。针对10 mm厚的5052铝合金采用激光-MIG复合焊接技术进行焊接,利用光学显微镜、扫描电镜和维氏硬度计等工具对焊接接头组织、元素分布和力学性能等进行研究,结果表明:采用复合焊接方法可以实现高速焊接中厚度铝合金,焊缝成形美观、界面熔合良好,焊接接头软化区较小,焊接接头强度达到母材强度的94.4%。     

爆炸复合钢板界面射流熔化与凝固的研究

本文研究了奥氏不锈钢／普通低合金风时复合钢板界面熔区的形成。通过试验发现,爆炸时钢板碰撞形成的射注被截断的位置与铸态凝固组绢存在的位置一致,说明界面熔区是由射流构成的。通过分析,射流熔化的原因并非仅仅来自绝热剪切,射流与基体的摩擦生热同样起着重要的作用。身流熔区的凝固组织对复合板质量影响较大;而凝固组织的质量与爆焊工艺有着密切关系。     

铜铝异种金属激光焊接焊缝成形和组织

用IPG YLS-1500型光纤激光器对TU1镀镍无氧铜和6061铝合金进行激光搭接焊试验,探究焊缝成型及显微组织,通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)观察并分析接头的组织形貌。结果表明:接头成型良好,铜铝充分融合,焊缝横截面处有明显的铝向铜侧扩散。铝侧熔合线到焊缝中心,先形成珊瑚状的亚共晶组织Al₂Cu+Al Cu,而后是平行排列的板条状Al₂Cu和块状Al Cu,最后为紧密排列的块状Al Cu和Al₄Cu₉。由于熔池溶液的流动,熔池中出现了不规则的"T"形晶粒。接头的剪切力达铜母材拉伸力的43.0%,为脆性断裂,接头内生成的Al₂Cu和Al₃Cu₄金属化合物是导致裂纹扩展的主要原因。     

激光增材制造微观结构模拟与力学性能预测

提出一种考虑粒子数量的激光增材制造热源模型,模拟同轴送粉激光熔覆增材制造过程中的温度变化历史,通过与试验数据对比验证所提出新型热源的有效性。基于Monte Carlo方法发展一种新型多尺度计算模型以模拟双相钛合金增材制造过程中的相变和晶粒变化,采用有限元模型重构Monte Carlo模型所得到的微观结构模型,通过算例对比验证基于微观结构形貌的有限元模型对于双相钛合金力学性能预测的准确性,并进一步计算分析激光增材制造构件的流动应力。计算结果发现,采用考虑粒子数量的热源模型,可以更好地模拟增材制造热过程,增材过程中各层出现不同程度的重熔及重加热过程。微观结构计算结果表明,对增材制造过程微观结构的多尺度模拟是有效的,且可以较好地计算两相钛合金增材制造过程中的晶粒体分比变化及形貌。在对重构Monte Carlo模型计算所得微观结构进行力学性能测试中发现,计算所得流动应力均能较好地反映两相钛合金力学性能变化规律。     

激光熔覆双层药型罩复合结构材料动态力学性能的研究

采用激光熔覆法分别在Cu、Fe基体上制备Fe、TC4钛合金熔覆层,利用分离式Hopkinson压杆测试上述两种复合结构材料在2 200~4 200 s-1应变率加载下的真应力-真应变曲线,用扫描电镜观察界面显微组织结构,用X射线衍射分析测定界面处所含物相成分。结果表明:在Cu基板上制备的Fe熔覆层中产生轻微氧化,界面处形成良好的冶金结合;FeTC4界面处形成金属间化合物和氧化物构成的界面反应层;高应变率动态加载下,Cu-Fe、Fe-TC4双层复合结构材料的真应力值均介于对应单金属材料之间,Cu-Fe界面保持良好的冶金结合,塑性变形能力优于纯Cu和纯Fe;Fe-TC4在较低应变率加载条件下表现出优于纯Fe的综合力学性能,在4 100 s-1应变率加载下界面反应层失效。     

中厚度镁合金激光焊接组织与性能分析

采用CO2激光焊接方法对10mm厚的AZ31镁合金进行焊接。利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等手段分析焊接接头的宏观形貌、显微组织、元素分布和焊缝物相等。结果表明:焊缝正面凹陷,背部成形较好;焊缝组织为细小的等轴晶粒,物相主要为Mg,未出现Al-Mg低熔点相;接头强度均值为212MPa,在断口处存在大量的气孔。     

薄壁铜铝管电阻焊焊接界面的微观结构研究

利用SEM、EDS等技术对电阻焊薄壁铜铝管焊接界面进行研究,并结合Cu-Al二元相图进行界面分析。研究结果表明在铜铝连接管的焊接界面处,铜与铝进行原子的互扩散,且铜原子向铝侧扩散的深度比铝原子向铜侧扩散的深度要大。对界面进行背散射电子分析和能谱分析,发现界面存在柱状晶形貌的CuAl2相和呈灰白相间的层片状的α-Al与CuAl2的共晶。讨论柱状晶与共晶组织的形成与性能,并分析其对接头性能的影响。     

爆炸焊接银/钢复合板性能与微观组织检测

通过对爆炸焊接银/钢复合板的力学性能和微观组织进行检验,综合评估银/钢复合板的品质.试验结果表明,银/钢复合板的各项性能指标满足用户使用要求.     

细晶铸造K4169合金微观组织对力学性能的影响

比较细晶铸造工艺和普通铸造工艺获得的K4169合金的组织和力学性能,借助于光学显微镜、扫描电镜、能谱仪等手段,分析两种工艺所获得的合金的金相组织、断口形貌以及组织中相成分,并探究两种工艺获得的合金组织对力学性能的影响。结果表明:用热控法获得的K4169细晶合金,细晶铸造组织为细小均匀的等轴晶,且组织中Laves相和δ相的数量比普通铸造获得的合金少很多,碳化物数量略多;细晶铸造K4169合金在不同温度下,其拉伸强度、屈服强度比普通铸造要高,塑性稍低;持久强度却有很大的提高,是普通铸造的3.5倍左右,细晶铸造K4169合金具有良好的强度和韧性等综合力学性能。     

高强钢激光-电弧复合焊接接头力学性能研究

为弥补高强钢在传统焊接中低效、变形严重、焊缝强度低等问题,采用6 kW光纤激光器和熔化极活性气体保护电弧焊复合焊接6 mm厚度的30CrNiMo钢板,在相同焊接工艺下使用ER50-6和ER308两种焊丝,焊后对两种焊缝的组织形貌和力学性能进行研究。研究结果表明：ER50-6焊丝焊缝为细小的针状马氏体组织,而ER308焊丝焊缝为粗大的柱状晶奥氏体;两种焊丝焊缝的硬度面分布也出现较大区别,ER50-6焊丝焊缝沿熔合线出现低硬度分布,ER308焊丝焊缝则在焊缝中心下部出现低硬度集中,二者对应拉伸断裂位置分别在熔合线处和焊缝中心;通过能谱分析得知,ER308焊丝中高含量的Cr元素在焊缝上部集中,导致焊缝上部淬硬性增强,硬度大幅上升,韧性急剧下降,并最终导致焊缝力学性能的薄弱。因此,采用复合焊接搭配ER50-6焊丝,可实现对6 mm厚30CrNiMo钢板以1.0 m/min速度的高效无变形焊接,焊缝强度高达1 197 MPa.     

TC4钛合金激光-MIG复合焊接研究

通过激光-MIG复合热源焊接参数优化,获得15 mm厚钛合金对接焊接接头,利用金相分析、拉伸试验和显微硬度对焊接接头的显微组织和力学性能进行研究。结果表明:坡口角度60°,钝边5 mm焊接过程最稳定,打底层焊缝熔深和熔宽随激光功率和焊接电流的增加而增加,随焊接速度的增加而减小;采用摆动焊接进行填充和盖面,焊接过程熔滴过渡稳定,无焊接缺陷,焊缝由单一的α'马氏体组成,热影响区显微组织为初生α相和α'马氏体;接头抗拉强度高于母材,断后伸长率为11.5%,略低于母材,拉伸试样断裂在母材处。焊缝区显微硬度最高,热影响区居中,母材最低。     

激光修复PCrNi3MoVE钢组织与力学性能研究

针对PCrNi3MoVE钢制炮用受损零部件的高性能修复需求,研究用30CrNi2MoVA钢粉末激光修复PCrNi3MoVE钢的组织演化与力学性能。结果表明:激光修复PCrNi3MoVE钢沉积态的显微组织从基材区到修复区,顶部存在显著变化,组织明显不均匀。修复试样的抗拉强度达(1 085±9)MPa,冲击韧性为(56±10)J/cm³,均高于PCrNi3MoVE钢基材锻件标准,伸长率为7.5%±1.5%,略低于锻件。修复试样的断裂方式为韧性断裂,冲击断裂方式为准解理断裂。     

5052铝合金CO2激光- MIG复合焊接工艺对焊缝成形的影响

以10 mm厚的5052铝合金为研究对象,研究CO2激光-MIG复合焊接工艺参数对其焊缝成形的影响规律。结果表明:焊缝熔深及熔宽随电弧电流的增加先增加后减少而后再增加,随激光功率的增加逐渐增加,随焊接速度的增加迅速下降;热源间距对焊缝熔深影响较大,对焊缝外观形貌影响很小。在He气中加入Ar气对改善焊缝表面成形和咬边等有明显的效果,随着加入的Ar气量增大,效果越明显;加入少量的Ar气有利于提高焊缝熔深,过量反而降低焊缝熔深。激光功率低于1 500 W有轻微咬边,在2 500 W有激光"匙孔"现象出现;当焊接电流为130～145 A、激光功率为3.5～4.5 kW、焊接速度为1～2 m/min、离焦量为-1～0 mm、热源间距为2～3 mm、Ar气流量为5～15 L/min、He气流量为10～20 L/min时,得到较好的焊缝形貌及焊缝熔深。     

高强海工钢激光-MIG复合焊研究

高强海工钢具有强度高、质量轻等优点,在海洋工程、船舶制造等领域被广泛应用,然而高强海工钢焊接性较差、服役环境恶劣,传统的熔化焊方法很难实现高质量焊接。激光-MIG复合焊作为一种新型、高效、优质、节能的焊接方法,焊接高强海工钢具有独特优势。本文介绍了激光-MIG复合焊相较于其他焊接技术的优点,综述了激光-MIG复合焊过程中焊接参数对高强海工钢焊接接头显微组织和力学性能的影响,对高强海工钢激光-MIG复合焊的发展做了预测。     

薄壁钛合金T形接头摆动激光填丝焊组织与性能

在摆动激光填丝焊接中,热输入是影响焊接接头组织与性能的关键因素,因此开展热输入与组织和力学性能的相关性研究,为进一步提高薄壁钛合金接头的力学性能提供数据支撑及相关理论依据。采用摆动激光填丝焊对2 mm厚的TC4钛合金T形接头进行焊接试验,对比分析不同位置的微区组织与力学性能。研究结果表明：焊缝表面成形良好,无未熔合、气孔、夹渣等焊接缺陷;焊缝组织主要由α′马氏体和初生β相组成,并有少量的孪晶和位错产生;热影响区主要由母材中未发生相变的α相和α′马氏体组成;焊接接头硬度值在286～413 HV之间浮动,其中焊缝区硬度值最高,与母材相比硬度值约提升38%,随着焊接热输入增大,相变生成α′马氏体越多,显微硬度增大;焊接接头平均抗拉强度为1 076 MPa,略高于母材,拉伸试件断裂位置为母材,断口呈现出韧性断裂特征;焊接接头平均剪切强度为679 MPa,剪切试件断口起裂位置为焊缝内部,焊缝区断口呈沿晶断裂特征,热影响区断口呈解理和准解理穿晶断裂特征。