增材制造316L不锈钢组织各向异性对耐蚀性能的影响

以激光选区熔化（SLM）技术制备的316L不锈钢为研究对象,重点研究了打印件组织的各向异性对耐蚀性能的影响。致密测试结果表明,打印件的体致密度为99.38%,接近锻压件（99.70%）。微观组织检测发现,打印件的微观组织在不同方向上存在明显的各向异性,XOY面中（101）取向的晶粒较多,而YOZ面中（111）取向的晶粒更多,这很好地解释了打印件中XOY面的耐蚀性能优于YOZ面的原因;打印件的平均晶粒尺寸（7.35μm）比锻压件（50～100μm）小一个数量级,这解释了打印件两个面的耐蚀性能均优于锻压件的原因。腐蚀后夹杂物形貌及能谱仪分析结果表明：打印件XOY面的夹杂物尺寸最小,YOZ面的稍大,夹杂物周边基体没有明显腐蚀;而锻压件中的夹杂物尺寸大,夹杂物周边基体严重腐蚀,夹杂物与基体间出现明显的腐蚀孔洞。     

复合热源钛合金熔丝高质量增材制造工艺研究

针对钛合金熔丝增材制造零件表面粗糙度差、尺寸精度低的问题,提出了高质量复合热源熔丝成形工艺。以激光和焦耳热为热源,选用直径为0.3 mm的TC4钛合金细丝为沉积材料,首先通过焦耳电流预热金属丝,然后以低功率激光加热形成小尺寸熔池,随着基板的运动,金属丝被持续送入熔池并稳定沉积。通过单道沉积试验,研究了工艺参数对单道沉积层几何特征的影响规律。结果表明：当激光功率在50～200 W、送丝速度在60～360 mm/min的范围内变化时,工艺参数对沉积层几何特征的影响显著;当移动速度在30～360 mm/min的范围内增加时,沉积层宽度减小,高度稳定;当焦耳电流增大至10 A时,出现了周期性丝材熔断,恶化了沉积形貌和沉积稳定性。在稳定沉积参数组合（激光功率为125 W,送丝速度为240 mm/min,移动速度为300 mm/min,焦耳电流为8 A）的基础上,以25 W的降序功率梯度进行过渡,优化了坍塌、变形等缺陷,获得了高质量的钛合金薄壁件,其表面粗糙度（Ra）为1.776μm,平均壁厚为0.648 mm,平均壁厚偏差为0.004 mm,优于主流的送丝增材制造工艺,且沉积态试样在移动方向和沉...     

基于激光和表面加工的增减材复合制造

将选择性激光熔化和飞秒激光减材技术相结合已被认为是实现复杂和精细结构近净成形的有效工艺。在SLM工艺中,由于熔池的运动和熔道的重叠,SLM成形件的表面具有一定的周期性结构,这对后续飞秒激光减材影响很大。研究首先测量SLM制备Ti-6Al-4V工件的表面结构,设计飞秒激光减材试验。通过试验和二维数值模型,研究了飞秒激光减材加工过程中表面形貌的演变,预测表面粗糙度值。仿真结果与试验结果非常接近,误差仅为7.63%。此外,该模型还用于研究正负离焦位置的表面移动速度和加工深度：负离焦位置的表面移动速度和加工深度均大于正离焦位置。该关系揭示了飞秒激光减材过程中表面粗糙度降低的机理。     

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。     

激光增材制造研究前沿与发展趋势

从激光增材制造材料、工艺、装备、应用等方面分析了激光增材制造技术当前的研究热点以及相关的研究进展,梳理了未来主要发展方向.材料和成型工艺方面的相关研究主要集中于轻质合金和高价值合金增材制造;从成型装备来看,设备大型化、高速化、复合加工是未来的主要发展方向;而应用方面则主要面向高性能、高价值零部件的增材制造与生物植入体....     

316L不锈钢激光-钨极惰性气体复合焊接工艺研究

为了进一步提高316L不锈钢的可焊性,采用Rofin Sinar 5kW快轴流CO2激光器和Miller钨极惰性气体(TIG)焊机,对3mm厚316L不锈钢进行了一系列CO2激光-TIG电弧复合焊接工艺试验,研究了激光功率、电弧电流、热源间距等工艺参数对焊缝成形的影响规律。在激光功率大于2.5kW时,会产生小孔效应,其对复合焊接熔深影响显著;而当电弧电流小于150A时,焊接熔宽与两热源的热输入关系密切,当电流大于150A时,仅电弧电流是焊接熔宽的决定性因素;热源间距存在一个最佳值2mm~3mm,此时,焊接熔深可提高1.46倍~2.54倍。研究结果表明,复合焊接提高了316L不锈钢的可焊性。     

激光增材制造工艺参量对熔覆层残余应力的影响

为了探究工艺参量对激光增材制造熔覆层残余应力影响规律，采用数值模拟及实验验证相结合的方法，取得了激光增材制造熔覆层截面深度方向上沿扫描路径y方向和垂直扫描路径x方向上残余应力的分布规律，并在此基础上进行了不同工艺参量对y方向和x方向应力场影响分析。结果表明，在一定参量范围内，随着熔覆层深度的增加，y方向残余应力均表现为拉应力，呈现先增大后降低趋势，在熔覆层顶部约0.2mm处存在最大拉应力为262MPa；x方向由压应力逐步转变为拉应力，其略小于y方向应力值；随着激光功率的增大，x方向残余应力逐渐增大，y方向残余应力逐渐降低；随着扫描速率的增大，x方向的残余应力将随之减小，而y方向的残余应力将随之增大；随着送粉量的增大，x方向和y方向的残余应力均将随之增大。此研究为降低激光增材制造熔覆层残余应力及工艺参量优化选择提供了指导。     

工艺参数对等离子弧沉积316L不锈钢形貌及组织的影响

以316L不锈钢粉末为原料,采用等离子弧沉积技术在高沉积速率下获得了致密无缺陷的单道试样。首先研究了沉积电流、扫描速度、送粉速度与沉积层高度、沉积层宽度、沉积角之间的关系,然后对沉积试样的微观组织和组成成分进行了检测与分析。结果表明:沉积角随着送粉速度的增大而增大,随着沉积电流的增大而减小;沉积角主要是锐角,有利于试样的沉积;沉积电流对沉积层宽度的影响最大,扫描速度对沉积层高度的影响最大,稀释率随着扫描速度的增大而减小,随着沉积电流的增大而增大,随送粉速度增大而减小;沉积试样成分均匀,凝固组织为奥氏体和铁素体。     

激光粉末床熔融增材制造铝合金的室温和高温力学性能研究

激光增材制造铝合金构件室温及高温力学性能对于提升其在航空航天等领域的服役稳定性至关重要。本文研究了成形方式对激光粉末床熔融（LPBF）AlSi10Mg构件室温压缩性能、高温拉伸性能、高周疲劳性能和室温裂纹扩展速率等力学性能的影响规律。结果表明：水平方式成形试样（拉伸、压缩、疲劳等载荷平行于试样铺粉方向）具有更优的压缩性能,表现出更优异的抗压强度及屈服强度（分别为201.0 MPa与251.3 MPa）;在高温拉伸试验中,不同成形方向试样的抗拉强度及屈服强度随着试验温度升高（从100℃升至175℃）均呈下降趋势,而延伸率均逐渐升高,且水平方式成形试样的拉伸性能均优于垂直方式成形试样（载荷垂直于试样铺粉方向）。垂直方式成形AlSi10Mg合金试样经历10⁷循环周次的中值疲劳强度为151.25 MPa,疲劳寿命约为2.1×10⁵周次,疲劳裂纹扩展门槛值为0.981 MPa·m^1/2。     

激光束时/空域形态对定向能量沉积316L不锈钢组织的影响

以激光束的时/空域形态为调控对象,采用激光定向能量沉积方式制备了不同时/空域下的单道多层316L不锈钢试样,分析各参数对试样的显微硬度、微观组织特征的影响。正交试验结果表明：晶粒等效直径、柱状晶长宽比、柱状/等轴晶数量比均随着频率和占空比的增大,先快速减小后略微增大。相比连续光束,中频(40/60 Hz)中占空比(0.6/0.8)下的晶粒等效直径、柱状晶长宽比、柱状/等轴晶数量比分别减小19.4%、3.4%、13.3%。空域形态下,相比高斯光束,超高斯光束下晶粒等效直径减小0.14μm,而柱状晶长宽比、柱状/等轴晶数量比分别增大0.06、0.45。各因素对等效直径、柱状晶长宽比、柱状/等轴晶数量比、显微硬度的影响程度分别为：占空比>频率>形态指数、频率>占空比>形态指数、频率>形态指数>占空比、形态指数>频率>占空比。     

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。     

304L/316异种钢薄板激光增材焊接工艺及性能研究

为了获得304L/316异种钢薄板激光焊接的最优工艺参数,采用灰色关联度分析法,通过Taguchi L9正交试验方案,以激光功率、扫描速度、离焦量为主要影响因素,对接头形貌、几何变形以及拉伸力学性能进行实验研究。结果发现：激光焊接薄板的角变形随离焦量的增加而减小;弯曲变形随激光功率的增加而增大;抗拉强度随离焦量的增加呈现先增后减的规律。当激光功率为1500 W、扫描速度为15 mm/s、离焦量为+2 mm时,304L/316异种钢焊接薄板抗拉性能最强且变形最小,接头强度高于母材,填料粉末熔化后沿着对接缝隙渗到板材底部,形成包含细小柱状晶和少量等轴晶的金属填料接头,最终填料粉末与母材形成了有效的冶金结合。     

面向增材制造的粉末束流对激光能量散射损失规律的理论研究

同步送粉激光增材制造是一种通过粉末添加方式快速制造实体零件的先进技术。在激光增材制造过程中, 激光与粉末束流将产生相互作用, 激光能量的损失是由于粉末束流对激光的散射作用。本文基于米氏散射理论建立数学模型, 研究粉末束流对激光能量的散射损失规律。结果表明: 激光能量散射损失与粉末颗粒物理特性、激光波长、粉末颗粒大小、送粉量等因素有关。粉末颗粒导电性能越好, 其对激光的散射损失越大;激光波长越长, 散射损失也越大;而在相同送粉量时, 粉末颗粒半径越小, 激光能量散射损失越大。从激光能量散射损失角度考虑, 激光增材制造宜选择短波长激光和大颗粒粉末。     

Mo对激光增材制造NiCrSi合金组织和耐磨性的影响

针对核工业阀门材料Deloro40镍基合金耐磨性急需改善的问题,采用激光增材制造技术通过添加不同质量分数的Mo元素,探究Mo元素对Deloro40镍基合金组织和耐磨性的影响。结果表明,Mo元素的添加促进了Mo₂C、Mo₂O和Ni₃Si₂物相的生成。随着Mo元素的增加,晶粒尺寸细化和组织中生成的硬质相Mo₂C使合金硬度得到提高;试样磨损率均呈现先增加后减小的趋势,在摩擦过程中生成的MoO₂起到润滑作用,降低磨损率。当添加5%Mo试样时,在25℃和400℃工况下合金均表现出优异的耐磨性。     

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...     

难熔高熵合金激光增材制造的发展：材料性能与制造工艺调控技术（特邀）

难熔高熵合金具有超越传统合金的优异性能,强度和硬度更高,高温性能和耐蚀性更优异,在航空航天、核工程、武器装备等领域具有广阔的应用前景。难熔高熵合金发展面临着两个难点：常规真空电弧熔炼方法制备的难熔高熵合金存在成分偏析严重、研发周期冗长、材料尺寸受限等难题;难熔高熵合金的硬度很高,难以实现复杂结构的成形和加工。因此,现有的冶金、成形、加工等技术面临挑战。通过激光增材制造实现材料与结构一体化成形是突破现有问题的发展方向,国内外学者在此方面进行了大量探索。本文对难熔高熵合金激光增材制造的发展现状进行了综述与分析,介绍了难熔高熵合金复杂构件从材料到制造的研究进展,阐述了高熵合金的研发途径、增材成形工艺和缺陷调控、难熔高熵合金在不同温度下的力学性能,以及增材制造工艺面临的挑战和取得的进展,最后总结了难熔高熵合金增材制造未来的应用方向和发展趋势。     

激光清洗对增材制造5A06铝合金的影响

铝合金因其优异的性能具有广泛的应用前景。但在增材制造中,铝合金的高温熔化,在每层金属之间形成氧化膜,对材料的力学性能产生恶劣影响。激光清洗工艺可以有效去除每层合金之间的氧化膜,提高材料整体的力学性能。结果表明：通过激光共聚焦显微镜的观察,激光清洗后5A06铝合金表面形貌平整。通过表面元素检测,5A06铝合金表面氧元素质量从19.85%下降到1.74%,氧化膜被去除。对激光清洗后的5A06铝合金进行力学性能测试,未经过激光清洗和经过激光清洗的材料表面硬度相差不大,约为85 HV。未经过激光清洗的5A06铝合金试样拉伸强度为268.833 MPa,经过激光清洗的5A06铝合金试样拉伸强度为293.5 MPa,拉伸强度的提升说明激光清洗有效改善了力学性能。     

工艺参数对选区激光熔化316L不锈钢缺陷的影响

通过试验观察和数值模拟研究了关键工艺参数(激光功率、扫描速度和激光能量密度)对选区激光熔化316L不锈钢样缺陷的影响,结果表明,孔隙是造成致密度降低的最主要原因。不同类型孔隙的产生与工艺参数特别是激光能量密度密切相关。激光能量输入不足(E<52.778 J/mm³),特别是熔池宽度不够是造成未熔合孔隙的关键原因。激光能量输入过高(E≥93.056 J/mm³)时,熔池温度过高和尺寸过深,是导致匙孔形成的重要因素。而气孔很难完全消除,但合理控制避免过高激光能量输入有利于降低气孔尺寸。通过合理调整工艺参数,致密度可以达到99.62%。     

增材制造的含硼Ti-6Al-4V钛合金的组织与性能研究

第二相对增材制造钛合金材料的组织与性能有显著影响。将不同质量分数的B粉与Ti-6Al-4V粉末混合,在激光沉积制造(LDM)工艺下制备出块状样品,结合样品的室温拉伸性能,对第二相在显微组织形成、基体形变过程中的强化机制进行了讨论。研究结果表明,在LDM过程中,B与Ti-6Al-4V合金中的Ti发生原位反应,生成针状TiB第二相,并均匀分布于基体中。随合金中TiB含量的增加,原始β柱状晶尺寸逐渐减小,晶内片层状α相逐渐粗化,合金的室温拉伸强度和塑性均获得提高。TiB与基体α相间具有严格晶体学位相关系,在阻碍基体应变过程中,针状TiB易沿直径方向断裂,断裂处在随后的形变过程中形成孔洞。最佳强化效果出现在含有B粉质量分数为0.1%的样品中,原因在于当合金中B粉质量分数过大时,会出现过多的针状TiB断裂,此时连续孔洞转变为微裂纹,导致材料塑性下降。