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超声冲击对增材制造组织改善及强化机理影响的研究进展

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金属学报 2024年第3期60卷 273-286页

作者：孙徕博黄陆军黄瑞生徐锴武鹏博龙伟民姜风春方乃文中国机械总院集团哈尔滨焊接研究所有限公司哈尔滨150028 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001 郑州机械研究所有限公司新型钎焊材料与技术国家重点实验室郑州450001 哈尔滨工程大学烟台研究院烟台264000

增材制造作为一种快速发展的先进技术已在制造业领域得到广泛应用,但在金属制件增材制造过程中存在的晶粒粗大、组织方向性明显等问题制约了该技术的发展。超声冲击处理作为一种强化手段,因其能够有效改善增材制造金属制件应力状态、细... 详细信息

增材制造作为一种快速发展的先进技术已在制造业领域得到广泛应用,但在金属制件增材制造过程中存在的晶粒粗大、组织方向性明显等问题制约了该技术的发展。超声冲击处理作为一种强化手段,因其能够有效改善增材制造金属制件应力状态、细化组织并提高其综合性能等特点而得到认可。本文从超声冲击在金属增材制造过程中对组织的作用机制和强化机理出发,总结了基于表面塑性变形实现增材制造强化的理论观点及局限性,阐述了超声冲击和增材制造复合作用下的组织细化机理和柱状晶向等轴晶转变机制,最后提出了超声冲击辅助金属增材制造强化理论建立过程中仍需进行深入研究的问题及建议。

关键词：超声冲击处理增材制造强化机制组织转变机理

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扫描策略对HTSLM制备316L/IN718梯度材料组织性能的影响

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钢铁 2024年第10期 130-140页

作者：宿美霞姜风春王民乐张梦醒褚韦涵刘雨王长军哈尔滨工程大学烟台研究(生)院钢铁研究总院有限公司特殊钢研究院

随着现代工业对高性能材料的需求日益增长，功能梯度材料（FGM）因其在不同区域具有不同性能的特点而受到广泛关注。镍铁基FGM因其优异的高/低温复合综合力学性能和耐腐蚀性，在航空航天、石油化工等领域具有重要应用前景。传统制造方... 详细信息

随着现代工业对高性能材料的需求日益增长，功能梯度材料（FGM）因其在不同区域具有不同性能的特点而受到广泛关注。镍铁基FGM因其优异的高/低温复合综合力学性能和耐腐蚀性，在航空航天、石油化工等领域具有重要应用前景。传统制造方法在制造FGM方面的局限性限制了其应用，而增材制造技术可制造高度复杂的零件，同时降低损耗，为制造复杂的FGM结构奠定了基础。通过高通量选区激光熔化设备（HTSLM）研究了扫描策略（扫描方式、不同搭接率）对316L/IN718功能梯度材料的成形件孔隙、微观组织和力学性能的影响规律，研究结果表明，扫描方式对316L/IN718功能梯度材料的影响要大于搭接率，条带状扫描方式、扫描间距等于激光光斑直径的工艺参数成形的316L/IN718功能梯度材料的抗拉强度和屈服强度最高，分别为854 MPa和676 MPa。随着IN718含量减少，微观组织以Laves相为主的柱状晶减少，梯度材料的显微硬度线性降低，Ni、Nb、Mo固溶增量的降低是导致显微硬度降低的主要原因，而成分变化过快和Laves相的存在是导致界面结合性能差和裂纹形成的重要原因。研究结果有助于选择合适的扫描策略，了解高通量选区激光熔化制造功能梯度材料的成形机理，对比不同扫描方式和搭接率下316L/IN718 FGM的微观组织和力学性能，旨在为制造高品质的功能梯度材料提供有益的指导和参考。

关键词：功能梯度材料高通量选区激光熔化镍铁基微观组织力学性能

纤维增强复合材料增材制造缺陷：形成原因和在线监测研究进展

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复合材料学报 2024年

作者：董万鹏果春焕曹洪硕孙兵李竞龙孙江曼张学军邢悦梁秀兵姜风春哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院军事科学院国防科技创新研究院北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室

纤维增强树脂基复合材料(FRC)因其高比强度、耐腐蚀和低成本等优异特性而被广泛应用于航空航天、轨道交通、风电能源等领域。然而，复合材料在成型过程中会发生复杂的物理与化学变化，不可避免地会产生内部缺陷；特别是在增材制造(AM)... 详细信息

纤维增强树脂基复合材料(FRC)因其高比强度、耐腐蚀和低成本等优异特性而被广泛应用于航空航天、轨道交通、风电能源等领域。然而，复合材料在成型过程中会发生复杂的物理与化学变化，不可避免地会产生内部缺陷；特别是在增材制造(AM)过程中，快速的升温-降温循环进一步增加了缺陷形成的概率。因此，成形缺陷与在线监测的研究对于提高纤维增强复合材料增材制造的质量具有重要意义。本文总结了复合材料树脂基体中残余应力、孔洞缺陷、富树脂缺陷以及界面缺陷的形成机制，分析了上述缺陷对于复合材料宏观力学性能的影响，探明了各类缺陷的微观成因。继而，结合缺陷的形成原因归纳了基于光纤布拉格光栅传感器、应变和位移传感器、声发射技术和热力学监测的在线监测技术，对其技术特点、应用案例及局限性展开了深入讨论，以期为相关的科学研究提供参考和借鉴。

关键词：增材制造缺陷纤维增强复合材料在线监测形成原因

激光熔丝Ti6Al4V合金成形工艺、微观组织及强韧性研究

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钢铁钒钛 2024年第1期45卷 49-56页

作者：张大越伍新泽王一甲司姗姗姜圆博李彬周姜风春鞍钢集团北京研究院有限公司北京102200 哈尔滨工程大学黑龙江哈尔滨150001

采用激光熔丝增材制造技术制备了单道多层的Ti6Al4V合金试样,系统研究了激光功率、扫描速度及送丝速度对Ti6Al4V合金的组织形貌、拉伸性能和冲击性能的影响。单道多层沉积试样的组织由马氏体α'、α集束和网篮状α构成。激光功率提高使... 详细信息

采用激光熔丝增材制造技术制备了单道多层的Ti6Al4V合金试样,系统研究了激光功率、扫描速度及送丝速度对Ti6Al4V合金的组织形貌、拉伸性能和冲击性能的影响。单道多层沉积试样的组织由马氏体α'、α集束和网篮状α构成。激光功率提高使β晶粒尺寸增大和马氏体α'分解程度增加,激光功率从3 000 W提升至3 500 W时试样抗拉强度下降了约4%,但延伸率上升了50%,冲击韧性提高了约6%。送丝速度的提高增大了试样的β晶粒平均尺寸,随着送丝速度从10 mm/s增加至30 mm/s,抗拉强度下降了2%,延伸率提高了67%,冲击韧性提高了11%。扫描速度提高会增加试样内的未熔合缺陷和残留马氏体α',扫描速度6 mm/s试样相比扫描速度4 mm/s的试样延伸率提高了约45%,抗拉强度下降了2%,冲击韧性提高了11%。

关键词： Ti6Al4V 激光熔丝增材制造激光功率扫描速度送丝速度拉伸性能冲击性能

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超声能场在金属增材制造组织性能调控中的应用

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航空制造技术 2024年第4期67卷 14-31页

作者：姜风春韩筱凡果春焕陈祖斌董涛张贺新李海新杨振林孙文瑶哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工程大学烟台研究(生)院烟台264000

针对金属增材制造构件存在微观组织缺陷、残余应力及各向异性等问题,各种组织性能调控技术应运而生。结合近年来超声能场对增材制造组织性能调控的研究工作,详细分析了超声能场在增材制造过程中的“液-固”双重效应,总结了超声能场对增... 详细信息

针对金属增材制造构件存在微观组织缺陷、残余应力及各向异性等问题,各种组织性能调控技术应运而生。结合近年来超声能场对增材制造组织性能调控的研究工作,详细分析了超声能场在增材制造过程中的“液-固”双重效应,总结了超声能场对增材制造金属材料的显微组织及其表面粗糙度、显微硬度、残余应力、耐腐蚀等性能的影响。研究表明,超声能场使材料内部组织晶粒显著细化、孔隙率降低、耐腐蚀性能提高;同时使增材制造构件显微硬度升高,应力状态向有利于构件性能的残余压应力转变。

关键词：超声能场增材制造(AM) 超声冲击(UIT) 细化晶粒残余应力显微硬度

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冷却速率对SUPER13-8Mo钢组织及力学性能影响研究

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冷却速率对SUPER13-8Mo钢组织及力学性能影响研究

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第十二届中国金属学会青年学术年会暨首届〝碳中和〞冶金青年科学家沙龙

作者：王民乐姜风春宿美霞刘雨张梦醒王长军哈尔滨工程大学烟台研究(生)院钢铁研究总院有限公司特殊钢研究院

强度与韧性是钢铁材料最重要的两个力学性能指标,强塑性的匹配一直是高强度不锈钢研发关注的重点。SUPER13-8Mo马氏体沉淀硬化不锈钢作为航天领域防扭臂的首选材料,是国产PH13-8Mo钢对标美国AMS5934b标准优化成分后得到性能更优的合金... 详细信息

强度与韧性是钢铁材料最重要的两个力学性能指标,强塑性的匹配一直是高强度不锈钢研发关注的重点。SUPER13-8Mo马氏体沉淀硬化不锈钢作为航天领域防扭臂的首选材料,是国产PH13-8Mo钢对标美国AMS5934b标准优化成分后得到性能更优的合金材料。目的是解决PH13-8Mo断裂韧性低问题,但优化成分后韧性仍然难以满足实际指标需求,因此需对热处理工艺进行调整研究,达到保强度、增韧性的效果。本文系统地研究了固溶处理后的两种冷却速率:油冷(50℃/s)以及空冷(1℃/s)对SUPER13-8Mo钢固溶态以及时效态的组织与力学性能的影响规律。主要研究结果有:(1)固溶处理后以油冷与空冷方式两种冷却后力学性能不同,油冷试样屈服强度738MPa,空冷试样屈服强度610MPa。冲击功变化规律则相反,油冷试样平均183J,而空冷试样平均194J。这主要与残余奥氏体含量有关:油冷以及空冷试样的残余奥氏体含量分别为0.56%与3.18%。(2)固溶处理后继续进行时效处理的试样残余/逆转变奥氏体含量同样受固溶处理后的冷却速度影响,固溶油冷+时效试样残余/逆转变奥氏体总量相比固溶空冷+时效试样低1.82%,导致固溶油冷+时效处理方式屈服强度较固溶空冷+时效处理高约33MPa,冲击功低约19J,断裂韧性KIC值低约21 MPa·m1/2。(3)SUPER13-8Mo钢的马氏体转变开始温度(Ms)对固溶处理后冷却速率敏感,油冷方式(Ms=147℃)比空冷方式(Ms=117℃)的Ms点高出约30℃,即在冷却过程中油冷方式奥氏体向马氏体转变转变越早发生。基于以上研究结果,结合SUPER13-8Mo钢目前国内的研究现状,提出通过控制固溶处理后的冷却速率起到调控残余/逆转变奥氏体含量的工艺,最终实现SUPER13-8Mo钢具有合理的强韧性匹配。研究结果对SUPER13-8Mo钢生产热处理工艺具有指导作用,H510时效态在最佳热处理制度下力学性能保证屈服强度不低于1415MPa的前提下,纵向断裂韧性值达到124 MPa·m1/2;H540时效态在最佳热处理制度下保证屈服强度不低于1310MPa的前提下,纵向断裂韧性值达到205MPa·m1/2,为国产SUPER13-8Mo钢的自主研发提供技术借鉴。

关键词： SUPER13-8Mo 马氏体沉淀硬化不锈钢冷却速率力学性能残余/逆转变奥氏体

来源： cnki会议评论

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