选区激光熔化成形Ti6Al4V制件的断裂机制研究

选区激光熔化成形过程中的加工参数对其制件的性能有重要的影响,因此,研究了选区激光熔化加工过程中不同扫描速度和不同激光功率对成形的Ti6Al4V合金制件的性能的影响,主要包括制件的断裂行为,并从其微观组织结构着手,研究了Ti6Al4V合金制件的断裂机制.试验结果表明:在不同的加工参数下,制备的Ti6Al4V合金制件的断口...     

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。     

基于无量纲工艺图的激光熔化沉积制备Ti6Al4V工艺与性能研究

如何高效获取合适的工艺参数进行激光熔化沉积（LMD）制造高性能零件是一项艰巨的挑战。提出了一种有效进行参数选择的方法,建立了基于LMD工艺的无量纲参数组,利用文献中获取的LMD工艺数据构建无量纲工艺图,确定了本试验LMD制备Ti6Al4V的工艺范围。利用正交试验研究了不同激光功率q、扫描速率v和扫描间距h组合下的无量纲等效能量密度E^*₀对LMD制备Ti6Al4V块状试样组织和性能的影响。结果表明,LMD制备的试样呈现出明显的柱状晶外延生长特点,柱状晶的宽度随E^*₀增加而增大。在通过无量纲工艺图确定的最优参数E^*₀=3.74下LMD制备的Ti6Al4V试样无熔合缺陷,硬度为391.7 HV,抗拉强度为963 MPa,延伸率为13.4%。结果表明,利用构建的无量纲工艺图缩小工艺参数范围,可以获得综合力学性能优良的样件。     

激光选区熔化Ti6Al4V粉末层结构对能量吸收率影响的数值分析

利用COMSOL软件,基于射线追踪方法建立粉末层中激光能量吸收行为的三维介观尺度模型,研究Ti6Al4V粉末粒径、粉末层厚度、粉末空间分布和粒径分布对激光选区熔化工艺中能量吸收率的影响,并探究激光能量在粉末层中的传输规律.结果 表明,粉末粒径在5～60μm之间时,密排堆垛粉末层能量吸收率在63.06％～63.24％之间...     

激光选区熔化成形Ti-6Al-4V钛合金的显微组织及性能

采用激光选区熔化成形技术制备了Ti-6Al-4V钛合金材料, 研究了Ti-6Al-4V成形态的组织特点, 并考察了退火处理对Ti-6Al-4V成形件显微组织及力学性能的影响。Ti-6Al-4V激光选区熔化成形试样的组织形态呈现沿堆积高度方向定向外延生长的粗大柱状晶组织, 晶内呈现典型的α+β板条组织。经退火处理后, 组织中α板条粗化, 成形试样的综合力学性能得到改善。     

基于选区激光熔化工艺的低弹性模量多孔材料的研究

依据人体骨骼结构的特点及力学性能要求,基于选区激光熔化工艺使用Ti6Al4V粉末,结合密质骨和松质骨的特点开发低弹性模量的多孔材料。通过与密质骨等密度原则确定的44.92%的孔隙率,并仿制松质骨的多孔结构建立模型,研究了不同能量密度(50 J/mm²、51.8 J/mm²)、不同孔径大小(500μm、1 000μm、1 500μm)对多孔材料相关性能的影响。研究表明,基于前述条件制备的体相多孔材料,成形性较好,孔径均匀可控,孔道贯通,外形尺寸可控;试样的孔隙率随孔径的增大而增大,小孔径下500μm的试样更接近设计的孔隙率参数;随着试样孔径的增大,孔径与抗拉强度成正相关关系,但弹性模量逐渐减小;试样实体部分成形质量较好,拉伸测试断口表明基本不存在裂纹等应力缺陷;各试样均不同程度地出现了熔化后的凝固缩孔,为粉末熔化凝固自然特性;多孔结构均能实现低弹性模量的设计要求,51.8 J/mm²能量密度下成形的试样在孔径500μm下的抗拉强度为70 MPa,弹性模量为18 GPa,更接近人体密质骨的性能。     

光纤激光加工对Ti6Al4V粘接强度影响的研究

为了在Ti6Al4V表面加工不同的微结构,改变其表面形貌,从而提高其粘接接头的强度,采用纳秒光纤脉冲激光对Ti6Al4V表面进行了微加工,研究了脉冲能量和扫描间距对线阵及网格2种微结构的表面形貌及粘接接头强度的影响.结果表明:当脉冲能量和扫描间距相同时,网格结构比线阵结构能获得更大的粗糙度及表面积;激光加工能有效提高T...     

激光微加工对Ti6Al4V表面形貌及润湿性影响的研究

为了在Ti6Al4V表面加工不同的微结构,改变其润湿性,使其表面具有超疏水性,采用纳秒光纤脉冲激光对Ti6Al4V表面进行了微加工,研究了脉冲能量密度和扫描间距对点阵、线阵及网格3种微结构的表面形貌及润湿性的影响,建立了接触角与表面特征参量S_a, S_d的关系。结果表明, 脉冲能量和扫描间距对点阵、线阵及网格结构的表面形貌参量S_a, S_d均有所影响,且对网格结构的S_a和S_d的影响程度最大,线阵结构次之,点阵结构最小;激光加工Ti6Al4V后,其表面皆会发生从超亲水到疏水甚至超疏水的自发转变,不同的脉冲能量、扫描间距加工的微结构均对表面润湿性有不同程度的改善,其中网格结构对表面湿润性的改善最好,线阵次之,点阵最差;网格、线阵、点阵结构的最大及最小接触角分别为165°, 160.5°, 142.4°;132.9°, 97°, 94.6°,具有最大接触角的表面参量S_a, S_d分别为0.97μm, 1.38;1.62μm, 1.04;4.14μm, 2.39。该研究对改善Ti6Al4V表面润湿性具有一定参考意义。     

氩气氛围下Ti6Al4V纳秒激光抛光机理及显微硬度研究

研究氩气氛围下钛合金Ti6Al4V激光抛光作用机理对提高材料表面质量和使役性能具有重要意义.采用纳秒脉冲光纤激光器以弓字形扫描路径抛光8 mm×8 mm局部钛合金区域.运用偏光显微镜、光学表面轮廓仪观察抛光后材料表面形貌并测量材料表面粗糙度,研究不同平均功率、光斑重叠率、脉冲宽度、扫描次数及不同原始表面粗糙度对钛合金表...     

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。     

基于熔结表面的钛合金粉末选区激光熔化试验研究

选区激光熔化中逐行逐层扫描粉末成形的熔道以及熔结表面在很大程度上影响制件质量.从选区激光熔化的工艺原理出发,得到单行扫描优化的线能量密度范围,进一步结合平均重熔率对多行扫描熔道搭接的介观表面形貌进行分析,结果表明,线能量密度在0.070～0.217 J/mm时,熔道相对连续、线宽相对均匀;多行扫描的平均重熔率过小会造成...     

激光选区熔化制造工艺参数对TC4钛合金成型件致密度和硬度的影响规律

采用选区激光熔化(SLM)工艺成型TC4钛合金,运用双因素控制变量法,从输入体能量密度方面,研究了激光功率P、扫描速度V对多层成型件致密度和表面硬度的影响规律。试验结果表明：当单位体积粉末输入体能量密度φ为119.05～166.67 J/mm~3时,成型件致密度可达到96.62%～97.41%,表面显微硬度达到415.2～425.4 HV,高于成型前粉末微粒显微硬度335.4 HV。在激光功率P=200 W、扫描速度V=600 mm/s、铺粉厚度H=0.04 mm、扫描间距S=0.06 mm时,成型件致密度达到97.41%,表面显微硬度达到440.5 HV,成型的钛合金件具有良好的力学性能。     

直接激光沉积Ti6Al4V合金疲劳裂纹萌生原位研究

本文运用自主研发的扫描电镜(SEM)原位疲劳测试台,对直接激光沉积(DLD)制备的Ti6Al4V合金开展疲劳实验,研究了其裂纹萌生行为。实验结果表明,在疲劳测试过程中,Ti6Al4V合金微塑性应变累积会导致颈缩,其中滑移是主要的塑性变形方式。通过对变形行为的研究发现,网篮组织和α集束具有不同的织构特征,进而具有不同的变形方式。α集束内晶粒取向一致,滑移带会在集束边界形成,但集束内表现为均匀变形;网篮组织内具有高占比(96%)的高角度晶界,容易导致位错在晶界处塞积并形成滑移带,随着塑性应变累积,微孔及微裂纹沿滑移带边界萌生。同时研究发现小尺寸的表面缺陷(尺寸约为2～3μm)对Ti6Al4V合金疲劳性能影响较小,基本不会引起疲劳裂纹扩展。     

激光选区熔化成形高性能钛合金微观组织调控与力学性能分析

采用激光选区熔化成形技术制备Ti6Al4V合金试件,通过光学显微镜、扫描电镜和断口形貌分析,系统研究了成形态试样显微组织对力学性能的影响。对比不同打印参数下的微观组织特征,显示沿沉积方向形成β柱状晶,晶内主要分布着针状马氏体α′相,α′相含量越高塑性越差,控制工艺参数可以使针状马氏体α′相原位分解形成α+β相,有利于提高塑性。通过调节激光功率和扫描速度,制备了综合力学性能优异的试件,其抗拉强度达到1 301 MPa,屈服强度达到1 102 MPa,延伸率为7.94%。选区激光熔化成形钛合金经组织调控发生原位分解后,拉伸性能得到提高。     

铜磷合金粉末选区激光熔化成型研究

为了应用选区激光熔化技术直接制造金属零件,采用Dimetal 240快速成型机对平均直径为75μm的铜磷合金粉末进行了工艺试验。成型机配备200W半导体抽运Nd:YAG激光器,激光功率为103W～117W,内部扫描速度为0.25m/s～0.41m/s,边框扫描速度为0.15m/s,铺粉厚度为0.2mm。所得试样用扫描电镜和光学显微镜进行了微观组织分析。试样层问结合为冶金结合,致密度达到90%以上,层内组织为细长枝晶,层问组织为细小等轴晶。结果表明,通过设定合适的工艺参量,选区激光熔化技术可以直接成型金属零件。     

激光选区熔化成形Ti6Al4V、GH3536和316L不锈钢组织及性能研究

采用激光选区熔化工艺制备Ti6Al4V、GH3536和316L不锈钢三种不同材料的试样,借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、万能拉伸试验机、维氏硬度仪等设备研究了其微观组织演变及力学性能.结果表明:Ti6Al4V内部分布大量针状马氏体α'相,成形过程中分解为α+β相形成网篮组织;GH3536横截面呈现条形状,纵...