CuCrZr合金选区激光熔化成形工艺与力学性能研究

为获得结构致密的CuCrZr合金部件,通过响应曲面和方差分析相结合的方法,探究选区激光熔化主要成形工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距和铺粉层厚)对合金化CuCrZr粉末成形致密度的影响规律,并对其显微组织、物相和力学性能展开分析。结果显示：激光功率是最主要的影响因素,增大激光功率可显著提高成形致密度;在铺粉层厚0.02 mm,激光功率170 W,扫描速度300 mm/s,扫描间距0.04 mm的工艺组合下,获得最高致密度为96.8%。在此工艺下成形出的CuCrZr合金试样屈服强度为(176.7±2.1) MPa,抗拉强度为(244.7±1.2) MPa,延伸率为29.4%±0.9%。     

激光选区熔化钛合金多孔结构拉伸性能研究

为了研究结构类型和孔隙率对多孔Ti-6Al-4V合金拉伸性能的影响,对激光选区熔化技术成型的体心立方(BCC)、Z方向增强体心立方(BCCZ)和蜂窝多孔结构进行拉伸实验和有限元仿真。结果表明,孔隙率从10.91%提高至33.84%,BCC、BCCZ和蜂窝多孔结构的抗拉强度线性分别下降348.81,375.45,217.20 MPa,结构的最小截面随孔隙率的提高而线性减小,导致拉伸性能线性降低;脆性断裂和截面积的减少使得多孔拉伸件的延伸率相对于实体结构呈大幅度下降;蜂窝多孔结构的拉伸性能明显优于BCC和BCCZ结构,比强度均随孔隙率的提高而增大,而且仿真与实验结果在规律性和弹性阶段较吻合。     

激光选区熔化成形TA7 ELI钛合金显微组织及力学性能研究

针对TA7 ELI钛合金开展激光选区熔化(SLM)成形工艺研究,获得激光功率P、扫描速度V对致密度的影响规律,进一步分析激光能量密度对缺陷的影响,并基于最佳成形工艺参数开展显微组织及力学性能分析。研究表明,SLM成形TA7 ELI致密度随激光功率P的升高先增加后降低,随着激光能量密度增加先增加后降低。当激光功率P为280 W、扫描速度V为1 000 mm/s、扫描间距H为120μm、铺粉层厚t为30μm时,成形试样致密度最高为99.89%,此时激光能量密度为78 J/mm³。SLM成形TA7 ELI沿着沉积方向为外延生长柱状晶,垂直沉积方向为等轴晶组织,晶内由平行或交错分布的细小针状α′马氏体组成。TA7 ELI沉积态抗拉强度超过1 050 MPa,延伸率达到15%,拉伸断口均匀密集分布等轴韧窝,表现为典型的韧性断裂特征。     

激光选区熔化成形316L不锈钢组织和力学性能分析

为了综合评价激光选区熔化成形316L不锈钢的力学性能,制备了不同成形方向的316 L不锈钢试样,观察了试样微观组织,测试了其拉伸性能、布氏硬度、冲击性能、弯曲性能.结果表明,微观组织主要为胞状晶及呈外延生长的柱状晶,且柱状晶晶粒取向各不相同,在相邻熔覆道熔合线附近的晶粒尺寸大于远离熔合线区域.激光选区熔化制备的试样的抗...     

激光选区熔化成形Al-Mg-Sc-Zr合金的微观组织及力学性能

高强铝合金因其优异的比强度和塑性在航空航天领域得到广泛应用,近年来快速发展的增材制造技术为制备高强铝合金提供了新的方法。为此,利用激光选区熔化（SLM）成形技术制备了Al-Mg-Sc-Zr合金。通过X射线计算机断层扫描技术、光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射（EBSD）和室温拉伸试验对合金的微观组织和力学性能进行表征和研究。研究结果表明：SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金的成形质量较好,孔隙率仅为0.0013%,最大孔隙尺寸为126μm。合金的微观组织分为粗晶区和细晶区,熔池内部为粗晶区,熔池边界为细晶区。熔池边界处的Al3(Sc,Zr)颗粒为Al晶粒析出提供了大量形核位点,使得晶粒细化效果显著。试验得到平均晶粒尺寸为3μm,在更小的EBSD扫描步长下测得细晶区的平均晶粒仅为0.6μm。SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金的拉伸性能优异,各向异性较小。横向试样的拉伸强度略高,其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别达到465 MPa、508.2 MPa和14.07%。SLM快速冷却的特性和添入的Sc、Zr元素使SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金拥有良好的成形质量、细化的晶粒组织和纳...     

镍钛合金激光选区熔化成形技术研究进展

镍钛合金是一种常见的智能材料,具有优良的形状记忆效应,在航空航天、医学和电子等领域具有广泛应用。激光选区熔化技术能够突破传统制造工艺的局限,成形出形状复杂且性能优异的镍钛合金构件,使构件的形状、性能和功能在时间和空间维度上实现可控变化,是"4D打印"的研究热点方向之一。本文简要介绍了激光选区熔化成形镍钛合金的国内外研究进展与技术现状,分析了成形工艺、热处理工艺等对镍钛合金成形件相变温度以及形状记忆效应和超弹性两大性能的影响,总结了激光选区熔化成形镍钛合金较为适宜的工艺参数,并对SLM成形镍钛合金的未来发展进行了展望,为镍钛合金激光选区熔化"4D打印"提供参考。     

激光选区熔化纯铜成形件尺寸精度的研究

为了研究工艺参量对激光选区熔化纯铜粉末成形件尺寸精度的影响,采用正交实验对纯铜粉末进行了激光选区熔化成形研究。分析了铺粉厚度为0.05mm时,工艺参量对成形件尺寸绝对误差的影响规律及各因素对尺寸精度的影响机理,确定了各工艺参量对尺寸绝对误差影响的主次顺序为扫描间距>扫描速率>激光功率>扫描路径,得到最优的工艺参量组合为激光功率360W,扫描速率1050mm/s,扫描间距0.08mm,扫描方式是spiral。结果表明,成形件尺寸绝对误差随激光功率的增大而增大,随扫描速率、扫描间距的增大而减小;不同扫描路径对尺寸绝对误差的影响差别较小;在因素水平范围内,尺寸绝对误差随体能量密度的增加而增大。该研究为激光烧结纯铜粉末时的参量选择提供了一定依据。     

选区激光熔化成形零件支撑结构性能差异研究

利用选区激光熔化制造金属零件时,悬垂构件的可制造性和成形质量与添加的支撑结构密切相关。采用热弹塑性有限元分析方法,研究了不同支撑类型的热传导特性,并通过试验揭示了支撑类型对316L试件翘曲变形、表面形貌、显微组织及显微硬度的影响规律。结果表明：块状支撑的散热性能优于锥状支撑,将试件峰值温度降低了6.7%,温度振荡幅度降低了41.07%,而其较好的导热性能使试件下表面粗糙度降低了6.23%,同时悬垂区域金属组织中出现了细化晶粒（18.42μm）及脆而硬的网状Cr、Ni相,显微硬度提高到234 HV。锥状支撑将试件变形降低了1 mm,而试件底部较少的气孔缺陷使硬度波动降低了14 HV。分析认为,组合支撑中增加块状结构的比例有利于提高试件成形精度和力学性能,增加锥状结构的比例有利于减小试件翘曲变形程度。     

金属粉末选区激光熔化成形过程温度场模拟

利用ANSYS有限元软件对选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形过程的三维瞬态温度场的分布变化进行了数值模拟;在考虑材料的热物性参数随温度变化和相变非线性行为的情况下,建立了选择性激光熔化(SLM)的三维温度场有限元模型;并利用ANSYS参数化设计语言(APDL)实现了激光高斯热源的移动加载.模拟结果表明随着扫描时间的增加,由于热积累效应,熔池的温度越来越高,热影响区也随之增大;熔化成形过程中,光斑中心的前端存在较大的温度梯度;扫描速度小,容易造成液相的流动,出现孔洞,扫描速度过大,则粉末不能完全熔化;模拟得到的结果与实验结果相吻合.     

选区激光熔化成形Al-Si合金及其裂纹形成机制研究

为了得到性能良好的Al-Si合金零件,对选区激光熔化成形Al-Si合金的成形特性以及成形试样中裂纹进行了研究,得到了成形样致密度和工艺参量的关系以及裂纹的形成机制。在合适的工艺区间内,随着激光能量密度的增大,致密度先上升后下降;大部分试样底部存在沿熔覆层扩展的冷裂纹;其形成机制是Al-Si合金粉末成形过程中,生成大量共晶Si相,使材料的抗裂性能不足以抵抗成形过程中的高温度梯度导致的残余应力所致。结果表明,通过调整成形工艺参量,可以得到无裂纹的性能良好的成型零件。     

智能化激光选区熔化成形增材制造平台研制

智能化激光选区熔化成形增材制造平台主要由激光选区熔化成形设备、智能在线监测与反馈调节系统、AM云平台软件、工艺数据处理软件、智能工艺参数库及装备健康安全管理软件等多个系统构成,实现了激光选区熔化成形的远程工艺优化、质量诊断、设备故障预警与远程维护等功能。该平台的成功研制,为解决航空、航天等领域的复杂金属构件增材制造过程中的质量控制与追溯问题提供了重要手段,对于全面提升我国金属增材制造智能化水平具有重要意义。     

选区激光熔化制备316L不锈钢点阵结构的力学性能研究

利用选区激光熔化技术制备了3种类型的316L不锈钢点阵结构试样。进行了准静态单轴压缩试验,结果显示,与实体金属结构相比,点阵结构的弹性模量从180 GPa降低至2 GPa以下。进一步地研究发现,孔隙率是影响点阵结构刚度的主要因素之一,并得到了相应的数值关系。在保证整体尺寸和孔隙率不变的情况下,点阵的大小和数量的改变对点阵结构刚度和屈服强度的影响较小。然后建立了有限元模型分析全尺寸点阵结构的宏观变形和应力分布以及单点阵的微观应力、应变的变化规律。利用超景深显微系统检测了试样的打印精度,发现在垂直于打印方向上测量的杆径值均大于平行于打印方向上测量的杆径值。最后根据工业用计算机断层成像系统检测结果,得到了点阵结构的变形机制。     

预热对选区激光熔化316L不锈钢力学性能的影响

为了提升激光增材制造316L不锈钢的综合性能,比较了室温、预热100℃和200℃三种条件下选区激光熔化(SLM) 316L不锈钢试样的组织、拉伸性能、冲击韧性和疲劳性能。结果表明：SLM制备的316L具有显著的各向异性。沿水平面方向和沿垂直方向取样时,试样室温冲击功分别约为轧制板材的47%和44%;室温制备SLM试样承受垂直方向载荷时的抗拉强度约为其承受水平方向载荷时的抗拉强度的81.6%。预热对致密度和冲击韧性的影响很小;预热使显微硬度和抗拉强度略微降低、延伸率略微提高,但总体上变化不显著。在所设置的试验条件下,预热对试样承受垂直方向载荷时的疲劳寿命的影响很小,但使试样承受水平方向载荷时的疲劳寿命得到明显提高。分析认为,预热后试样在疲劳试验中需要经历更多循环载荷加载次数才能达到临界裂纹尺寸。     

加激光选区熔化成形技术的产品设计三维模型研究

为了更好地对产品设计三维模型进行设计,针对当前对产品设计三维模型过程存在的一些难题,如:设计成本高、周期长等,提出了基于激光选区熔化成形技术的产品设计三维模型。首先分析当前产品设计三维模型设计的国内外研究进展,找到各种产品设计三维模型的缺陷,然后激光选区熔化成形技术通过激光扫描获取产品设计三维模型,将三维模型分成截面形状的二维平面信息,二维平面信息生成数控代码后通过平面加工方式加工各层薄层模型,将所有薄层模型粘结成型直至形成最终三维产品制件,最后进行了产品设计三维模型的仿真测试,结果表明,模型可以对产品进行高精度的三维设计,设计精度超过98%,而且产品设计成本低、周期短,具有较广的实际应用价值。