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镍基高温合金纳秒激光脉冲制孔再铸层形成过程数值模拟

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中国激光 2014年第4期41卷 92-100页

作者：罗垚庞盛永周建新李怀学华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室湖北武汉430074 北京航空制造工程研究所北京100024

镍基高温合金纳秒脉冲激光制孔过程中,会沿孔壁形成一层再铸层,严重影响合金的使用寿命。考虑了熔体内热对流和热传导作用,以及反冲压力、表面张力、热毛细力等因素的影响,建立了镍基高温合金纳秒脉冲激光制孔的三维数学模型。开展了脉... 详细信息

镍基高温合金纳秒脉冲激光制孔过程中,会沿孔壁形成一层再铸层,严重影响合金的使用寿命。考虑了熔体内热对流和热传导作用,以及反冲压力、表面张力、热毛细力等因素的影响,建立了镍基高温合金纳秒脉冲激光制孔的三维数学模型。开展了脉冲能量为24mJ时,各脉宽参数下纳秒脉冲激光制孔的数值模拟研究。模拟结果与实验吻合较好。结果表明再铸层是由热和力共同作用下形成的。制孔过程中,孔壁温度很高,最高温度达到3200K以上,孔壁温度分布不均匀;反冲压力是引起熔体流动的重要因素,反冲压力导致的熔体流动速度很大,脉宽200ns时,最大可达到60m/s;并且由于表面张力的影响,孔壁会出现许多不规则的凹陷和凸起。由于熔体在孔开口处的对流作用,导致再铸层厚度在开口处最大。脉宽对熔体流动和再铸层的形成具有重要影响,脉宽越小,熔体速度越大,流动越剧烈,制孔后形成的再铸层厚度越薄。

关键词：激光技术再铸层形成过程数值模拟纳秒脉冲激光制孔镍基高温合金

高碳Nb-Ti-V堆焊层中碳化物的特殊效应

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材料科学与工艺 2004年第3期12卷 275-278页

作者：李怀学任登义张元彬山东大学材料科学与工程学院山东济南250061

通过SEM和TEM对目前市售的美国著名的高碳Cr-Mo-W高硬度耐磨堆焊层和自行设计的高碳Nb-Ti-V堆焊层进行了研究.研究表明:高碳Cr-Mo-W堆焊层基体组织为孪晶马氏体,内含微裂纹,碳化物沿晶界呈网状分布;高碳Nb-Ti-V堆焊层基体组织为束状板... 详细信息

通过SEM和TEM对目前市售的美国著名的高碳Cr-Mo-W高硬度耐磨堆焊层和自行设计的高碳Nb-Ti-V堆焊层进行了研究.研究表明:高碳Cr-Mo-W堆焊层基体组织为孪晶马氏体,内含微裂纹,碳化物沿晶界呈网状分布;高碳Nb-Ti-V堆焊层基体组织为束状板条马氏体,碳化物硬质点呈颗粒状弥散分布,这不仅使堆焊层达到较高的硬度,而且使其基体属低硬度高塑性,抗裂性大大提高.通过对高碳Nb-Ti-V急冷熔滴的研究,探讨了产生此效果的机理.

关键词： Nb-Ti-V 堆焊碳化物 SEM TEM 急冷熔滴微观组织焊接材料

TA15钛合金激光非晶-纳米晶增强镍基涂层的组织结构及耐磨性

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焊接学报 2014年第10期35卷 57-60,116页

作者：李嘉宁巩水利李怀学单飞虎北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室北京100024 中航工业北京航空材料研究院北京100095

在重要航空材料TA15钛合金基材表面进行激光同轴送粉熔覆Ni60A-Ni包WC-TiB2-Y2O3混合粉末可生成非晶-纳米晶增强复合涂层.对涂层进行微观组织观察、显微硬度测试及室温干摩擦磨损试验.结果表明,涂层主要由γ-(Fe,Ni),WC,α-W2C,M12C,Ti-... 详细信息

在重要航空材料TA15钛合金基材表面进行激光同轴送粉熔覆Ni60A-Ni包WC-TiB2-Y2O3混合粉末可生成非晶-纳米晶增强复合涂层.对涂层进行微观组织观察、显微硬度测试及室温干摩擦磨损试验.结果表明,涂层主要由γ-(Fe,Ni),WC,α-W2C,M12C,Ti-B化合物,Ti-Al金属间化合物,Mo,Zr与V元素的碳化物以及非晶相构成.整个涂层为非晶、纳米晶及其它晶化相共存.涂层较TA15钛合金表现出更好的耐磨损性,且涂层的主要磨损机制为磨粒磨损与粘着磨损.纳米晶颗粒的产生可使涂层磨损表面光滑,有利于摩擦系数与磨损量的降低.

关键词：激光熔覆表面改性磨损性能

热处理对激光选区熔化成形316不锈钢组织与拉伸性能的影响

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中国激光 2015年第4期42卷 179-185页

作者：丁利李怀学王玉岱黄志涛中航工业北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室北京100024

研究了激光选区熔化成形316不锈钢沉积态、400℃/3 h退火态、900℃/3 h退火态以及热等静压态(HIP)的组织与拉伸性能。结果表明,沉积态组织主要由呈外延生长的柱状晶组成。沉积态试样经400℃/3 h退火后,组织变化不明显,横向和纵向的强度... 详细信息

研究了激光选区熔化成形316不锈钢沉积态、400℃/3 h退火态、900℃/3 h退火态以及热等静压态(HIP)的组织与拉伸性能。结果表明,沉积态组织主要由呈外延生长的柱状晶组成。沉积态试样经400℃/3 h退火后,组织变化不明显,横向和纵向的强度略有提高,纵向延伸率明显提高,横向延伸率有所降低;经900℃/3 h退火后,粗大柱状晶分裂为较为细长的柱状晶,横向和纵向延伸率在强度有所降低的情况下得到了明显提高,拉伸强度与延伸率达到锻件水平;经热等静压后,粗大柱状晶分裂为细小的柱状晶,有等轴化的趋势,横向和纵向的强度有明显的降低,横向延伸率略有升高,纵向延伸率显著提高,拉伸强度与延伸率达到锻件水平;4种状态相比较,900℃/3 h退火态的拉伸强度和延伸率匹配度最佳。

关键词：激光光学激光选区熔化 316不锈钢热处理组织拉伸性能

激光直接沉积TC17钛合金沉积态微观组织与拉伸性能(英文)

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稀有金属材料与工程 2013年第S2期42卷 120-123页

作者：孙帆李怀学巩水利中航工业北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室北京100024

主要研究激光直接沉积TC17钛合金沉积态组织与性能,为激光修复钛合金提供理论依据。结果表明,采用优化的工艺参数沉积的TC17钛合金沉积态组织为典型的α+β两相组织。β基体上析出二次α相。TC17沉积态试样的抗拉性能略高于固溶时效的... 详细信息

主要研究激光直接沉积TC17钛合金沉积态组织与性能,为激光修复钛合金提供理论依据。结果表明,采用优化的工艺参数沉积的TC17钛合金沉积态组织为典型的α+β两相组织。β基体上析出二次α相。TC17沉积态试样的抗拉性能略高于固溶时效的盘模锻件。TC17沉积态试样的断裂属于准解理断裂。TC17钛合金中的缺陷是试验过程中未熔化的粉末混入组织中造成的,在以后的试验中需要进一步改变工艺参数,预防此类缺陷的产生。

关键词： TC17钛合金激光直接沉积微观组织拉伸性能断裂方式

基体界面屈服强度和残余应力失配对界面裂纹扩展的影响

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吉林大学学报（工学版） 2006年第3期36卷 294-297页

作者：张国祥陈光南张坤罗耕星李怀学中国科学院力学研究所

对基体界面屈服强度和残余应力失配情况下的界面裂纹扩展机制进行了力学理论分析,并通过位错与裂纹的关系理论计算了界面裂纹尖端塑性区尺寸。结果表明:当界面裂纹由低强度区向高强度区扩展时,高强度区的残余压应力和屈服强度减少了裂... 详细信息

对基体界面屈服强度和残余应力失配情况下的界面裂纹扩展机制进行了力学理论分析,并通过位错与裂纹的关系理论计算了界面裂纹尖端塑性区尺寸。结果表明:当界面裂纹由低强度区向高强度区扩展时,高强度区的残余压应力和屈服强度减少了裂纹尖端的塑性区长度和裂纹尖端张开位移,从而起到了抑制界面裂纹扩展的作用。

关键词：工程力学界面裂纹屈服强度残余应力失配涂层/基体结构

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金属增材制造技术在航空领域的发展与应用

航空制造技术 2013年第13期56卷 66-71页

作者：巩水利锁红波李怀学中航工业北京航空制造工程研究所

增材制造技术以其与传统去除成形和受迫成形完全不同的理念迅速发展成了制造技术领域新的战略方向。金属零件的高能束流增材制造在航空航天领域的研究和应用也越来越广泛，在先进制造技术发展的同时，也促进了结构设计思想的解放和提升... 详细信息

增材制造技术以其与传统去除成形和受迫成形完全不同的理念迅速发展成了制造技术领域新的战略方向。金属零件的高能束流增材制造在航空航天领域的研究和应用也越来越广泛，在先进制造技术发展的同时，也促进了结构设计思想的解放和提升，两者的相互促进必将对未来飞行器制造技术领域造成深刻影响。

关键词：先进制造技术航空领域金属零件应用航天领域增材制造高能束流设计思想

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基于深度学习的增材制造铺粉状态的识别方法

中国激光 2024年

作者：左明轶国洪轩李怀学东南大学软件学院中国航空制造技术研究院增材制造航空科技重点实验室东南大学集成电路学院

本文提出了一种创新的基于深度学习的激光选区熔化（SLM）铺粉状态识别方法，以应对传统铺粉异常检测方法中效率低下和精度有限的问题。通过模拟五种常见的铺粉状态（正常铺粉、划痕、铺粉不均匀、粉末不足和粉末过多），构建了一个包含... 详细信息

本文提出了一种创新的基于深度学习的激光选区熔化（SLM）铺粉状态识别方法，以应对传统铺粉异常检测方法中效率低下和精度有限的问题。通过模拟五种常见的铺粉状态（正常铺粉、划痕、铺粉不均匀、粉末不足和粉末过多），构建了一个包含1327张多角度图像的数据集。采用VGG-16、ResNet-101和EfficientNetV2-XL三种深度学习模型进行训练和测试。实验结果表明，该方法在实时检测铺粉异常方面相比传统方法具有显著优势。其中，VGG-16模型在保持高精度的同时推理速度最快，达到68.24 FPS，适合工业实时监控应用；而Res Net-101和EfficientNetV2-XL模型则在处理更复杂的异常类型（如铺粉不均匀）时表现更为出色，但推理速度相对较慢。基于Grad-CAM技术的注意力区域分析显示，VGG-16更适合检测局部异常，而ResNet-101和EfficientNetV2-XL在处理复杂背景和大范围异常上具有优势。通过多角度图像数据集的构建和深度学习模型的比较分析，为SLM工艺的实时质量监控提供了新的解决方案，并为未来的模型优化和多模态传感器集成应用指明了方向。

关键词：激光选区熔化深度学习铺粉异常检测图像处理实时监控

Cu对TA15-2钛合金表面Stellite 12基激光合金化涂层组织结构及耐磨性的影响

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金属学报 2014年第5期50卷 547-554页

作者：李嘉宁巩水利王娟单飞虎李怀学吴冰北京航空制造工程研究所高能束流加工技术重点实验室北京100024 北京航空材料研究院北京100095 山东大学材料科学与工程学院济南250061

在TA15-2表面进行激光同轴送粉合金化Stellite 12-B4C粉末制备耐磨复合涂层.研究表明,加入Cu可促使大量超细纳米多晶体及非晶相在涂层中产生,从而增强涂层的耐磨性.Cu对激光合金化涂层的纳米化过程,是利用Cu在激光熔池中原位化学反应生... 详细信息

在TA15-2表面进行激光同轴送粉合金化Stellite 12-B4C粉末制备耐磨复合涂层.研究表明,加入Cu可促使大量超细纳米多晶体及非晶相在涂层中产生,从而增强涂层的耐磨性.Cu对激光合金化涂层的纳米化过程,是利用Cu在激光熔池中原位化学反应生成的AlCu2Ti超细纳米晶相来抑制颗粒长大的过程,也是大量纳米多晶体生成的过程.含Cu涂层主要由gCo,M12C,M23C6,W-C,Ti-B及AlCu2Ti晶化相、大量非晶相构成.AlCu2Ti超细纳米晶在高温熔池中具有较高的扩散率,易引发晶格畸变,使涂层发生非晶化转变.

关键词：激光合金化表面强化磨损性能非晶纳米晶