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镁合金电弧增材技术基本工艺及工艺因素影响综述

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材料导报 2024年第7期38卷 189-197页

作者：凌子涵王利卿张震赵占勇白培康中北大学材料科学与工程学院太原030051 太原科技大学材料科学与工程学院太原030024

轻量化结构件是航空航天和交通运输领域的永恒追求,结构件的轻量化主要通过结构设计和材料选择实现。因此,具有自由成型大型复杂形状构件特点的电弧增材技术受到持续关注。镁合金密度约为1.8g/cm^(3),是实际工程应用中最轻的金属结构材... 详细信息

轻量化结构件是航空航天和交通运输领域的永恒追求,结构件的轻量化主要通过结构设计和材料选择实现。因此,具有自由成型大型复杂形状构件特点的电弧增材技术受到持续关注。镁合金密度约为1.8g/cm^(3),是实际工程应用中最轻的金属结构材料之一。这两点使电弧增材镁合金大型复杂构件的生产研究受到重视。然而,电弧增材涉及电磁、传热、流体等复杂物理变化,同时镁合金又存在易氧化、易挥发等问题,这对电弧增材的工艺控制提出严峻考验。为此本文归纳总结了镁合金电弧增材技术基本工艺类别,分析了主要工艺参数对电弧增材制造镁合金成型质量、微观组织、力学性能的影响规律和深层机理,指出了镁合金电弧增材技术的现有问题,最后对镁合金电弧增材技术的未来研究方向提出了一些建议和展望。

关键词：镁合金电弧增材制造工艺因素成型质量微观组织力学性能

激光粉末床熔融WC-12Co硬质合金温度场模拟

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材料工程 2024年第2期52卷 50-59页

作者：牛玉玲李晓峰赵宇霞张利刘斌白培康中北大学材料科学与工程学院太原030051 中北大学机械工程学院太原030051

结合有限元软件ANSYS建立三维有限元热模型,利用APDL命令及生死单元方法实现对高斯热源的施加和WC-12Co硬质合金打印过程的模拟,得到WC-12Co硬质合金在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中的温度场分布,研究不同工艺参数(激光功率、扫描速度... 详细信息

结合有限元软件ANSYS建立三维有限元热模型,利用APDL命令及生死单元方法实现对高斯热源的施加和WC-12Co硬质合金打印过程的模拟,得到WC-12Co硬质合金在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中的温度场分布,研究不同工艺参数(激光功率、扫描速度)对温度场分布及熔池特征的影响。结果表明:WC-12Co硬质合金在LPBF过程成形时,利用有限元能够有效模拟其成形过程。位于热源前部的等温线比尾部更为密集,温度梯度更大;而扫描路径终端边缘处熔池中心的温度最高。随着激光功率的增大和扫描速度的减小,熔池宽度、深度和长度均相应增大。通过相关实验分析不同工艺参数对晶粒尺寸的影响,发现晶粒尺寸随扫描速度的增加而减小,随激光功率的增加而增大;但过高的激光功率会引起一定的热裂纹现象发生。

关键词：激光粉末床熔融 WC-12Co 有限元温度场熔池尺寸

Mixed Grain Structure and Mechanical Property of Ti-6Al-4V-0.5BN(wt%)Alloy Fabricated by Selective Laser Melting

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Acta Metallurgica Sinica(English Letters) 2023年第6期36卷 917-925页

作者： Liqing Wang Zhen Zhang Zhanyong Zhao Shenghua Zhang peikang bai School of Materials Science and Engineering North University of ChinaTaiyuan 030051China School of Materials Science and Engineering Taiyuan University of Science and TechnologyTaiyuan 030024China

A novel Ti-6Al-4V-0.5BN(wt%)alloy fabricated by selective laser melting exhibited mixed grain structure containing band distributed columnar and equiaxed prior-β-Ti *** mixed grain structure,microstructure within prior-β-Ti grains and compressive properties have been characterized and *** band thickness ratio of columnar to equiaxed prior-β-Ti grains was 3:*** columnar grains were 10±4μm in width and 53±24μm in length,the equiaxed grains were 7±4μm in *** were nano-to micron-scaledα-Ti/β-Ti laths within prior-β-Ti grains and nano-scaled TiB along prior-β-Ti grain *** heterogeneous distribution of prior-β-Ti grain boundaries and TiB particles contributed to the hardness difference between the bands of columnar and equiaxed prior-β-Ti *** addition resulted in the mixed grain structure in the SLMed Ti64 alloy,forming a multi-scaled microstructure,which contributed to high compressive yield strength of 1648 *** work provided a new strategy to regulate the microstructure for the additive manufactured Ti alloys.

关键词： Selective laser melting Ti-6Al-4V alloys Prior-β-Ti grains Strength

深冷处理时间对激光粉末床熔化沉积TiC/TC4钛基复合材料组织演变及力学性能的影响

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精密成形工程 2024年第9期16卷 123-135页

作者：霍鹏丞柳佶涛白培康赵占勇王利卿梅晓天太原科技大学材料科学与工程学院太原030024 中北大学材料科学与工程学院太原030051

目的探明不同深冷处理时间对TiC/TC4钛基复合材料组织演变及其力学性能的影响规律,分析TiC/TC4钛基复合材料在深冷环境下的使用性能。方法利用低能球磨法得到石墨烯(GNPs)/TC4复合粉末,采用激光粉末床熔化沉积法制备TiC/TC4钛基复合材料... 详细信息

目的探明不同深冷处理时间对TiC/TC4钛基复合材料组织演变及其力学性能的影响规律,分析TiC/TC4钛基复合材料在深冷环境下的使用性能。方法利用低能球磨法得到石墨烯(GNPs)/TC4复合粉末,采用激光粉末床熔化沉积法制备TiC/TC4钛基复合材料,通过液氮浸泡法进行不同时间的深冷处理,然后恢复至室温进行拉伸试验。结果深冷处理过TiC/TC4钛基复合材料的拉伸强度均高于深冷处理过TC4合金的拉伸强度,断裂韧性却得到不同程度削弱。结论原位自生TiC的载荷传递作用可以增强TiC/TC4钛基复合材料在拉伸变形过程中的变形能力,使复合材料的拉伸强度得到提高;随深冷时间的持续延长,冷应力不仅会导致TC4合金原始细长针状马氏体断裂,还会驱使TiC/TC4钛基复合材料陶瓷增强相TiC发生不同程度的偏聚。此外,深冷处理后TiC/TC4钛基复合材料产生的晶格畸变现象会降低α-Ti基体一侧的应变值,使复合材料晶格畸变区域应变不均匀分布,弱化TiC/TC4钛基复合材料晶格畸变区域原子的变形协调能力,导致TiC/TC4钛基复合材料的断裂韧性值相对低。

关键词： TiC/TC4钛基复合材料激光粉末床熔化沉积(LPBF) 深冷处理(DCT) 组织演变力学性能

Selective Laser Melting Process of Fe-Ni Metal Powder

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稀有金属材料与工程 2011年第S3期40卷 241-244页

作者： Liu Bin, bai peikang, Li Yuxin North University of China, Taiyuan 030051, China N Univ China Taiyuan 030051 Peoples R China

The density of the SLM forming parts is investigated to determine the good technological parameters of SLM at the same time obtain the dense parts. In the SLM experiment, material used is Fe-Ni metal powder, the good technological parameters of SLM are determined by analyzing the effect of the laser electric current, the laser pulse width, the pulse of laser light frequency, the scan speed, the scan interval, push powder thickness and the scanning way on the single channel scanning, the single-layer scanning, which can lay the foundation for afterward block body formation. Microstructure and properties of the block specimen prepared under the different SLM process parameter are studied by the density measurement and the scanning electronic microscope analysis. The forming parts with high density have been prepared under the optimal SLM process parameters.

关键词： selective laser melting Fe-Ni metal powder density microstructure

Tribological Behavior of In Situ TiC/Graphene/Graphite/Ti6Al4V Matrix Composite Through Laser Cladding

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Acta Metallurgica Sinica(English Letters) 2021年第10期34卷 1317-1330页

作者： Zhanyong Zhao Lizheng Zhang peikang bai Wenbo Du Shaowei Wang Xiangyan Xu Qingnan Dong Yuxin Li Bing Han School of Materials Science and Engineering North University of ChinaTaiyuan 030051China Technical Center Taiyuan Iron and Steel(Group)Co.LtdTaiyuan 030003China National Key Laboratory for Remanufacturing Army Academy of Armored ForcesBeijing 100072China College of Mechatronics Engineering North University of ChinaTaiyuan 030051China

The TiC/graphene/graphite/Ti6 Al4 V composite coating was prepared by laser *** microstructure and tribological behavior of the coating were *** in situ reaction between graphene and Ti occurred,and feathery TiC was *** feathery TiC was homogeneously distributed betweenα’acicular martensites which was refined with the addition of *** graphene was transformed into allotrope graphite under the laser *** TiC hard particles and the self-lubrication of graphene/graphite improved the wear resistance of composite *** wear rate and friction coefficient of TiC/graphene/graphite/Ti6 Al4 V composite coating decreased with the increase in sliding speed,a mechanical mixing layer(MML)was formed on the wear surface of the composite coating under the frictional heat,which protected the substrate and reduced the *** of the self-lubricating properties of graphene/graphite,interlayer sliding occurred easily,which also effectively reduced *** wear rate of TiC/graphene/graphite/Ti6 Al4 V composite coating increased with the increase in load,but the friction coefficient *** plastic deformation of subsurface layer was more serious under high load,and a stable self-lubricating MML with a protective effect was formed between the wear interfaces,which reduced the friction *** the increase in load,the wear mechanism changed from abrasive and oxidation wear to delamination,fatigue and oxidation wear.

关键词： Laser-processing Microstructure Coating Titanium alloy Friction Wear mechanism

Manufacturing Technology of Refractory Metal Parts Based on SLS Rapid Prototyping

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稀有金属材料与工程 2011年第S4期40卷 257-260页

作者： Liu Bin,bai peikang,Ding Erming College of Material Science and Engineering,North University of China,Taiyuan 030051,China N Univ China Coll Mat Sci & Engn Taiyuan 030051 Peoples R China

A rapid prototyping process of selective laser sintering (SLS) which can be used to refractory metal parts manufacturing is introduced in this *** material of polymer-coated Mo powder is prepared by coating polymer and freezing grinding *** laser sintering process has been experimentally researched,and optimized parameters have been *** post treatment process of prototyping parts has been developed,which is sintering framework-Mo by high temperature combining with Cu impregnation *** last,refractory metal parts of Mo/Cu composites are *** graph shows that Mo and Cu are close jointed together,and these phases distribute interlocked Mechanical and thermal properties of the material have been tested,concluding tensile strength(470 MPa),elastic modulus(267.8 GPa),elongation(15%),linear expansion(5.5×10-6/K).The technology can be applied to manufacturing fire-resisting parts of weaponry and aerospace arms,as well as conductance and cooling elements used to electronics industry.

关键词： refractory metal parts polymer-coated Mo powder selective laser sintering post treatment

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镁合金激光选区熔化研究进展

精密成形工程 2024年第5期16卷 78-98页

作者：李佰锐李景利韩修柱周畅薛志勇张高龙王小刚赵占勇白培康华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102208 北京科技大学新金属材料国家重点实验室北京100083 北京空间飞行器总体设计部北京100094 天津航天机电设备研究所天津300301 山西闻喜银光镁业有限责任公司山西闻喜043800 中北大学材料科学与工程学院太原030051

镁合金作为最轻的金属结构材料,在汽车制造、生物医疗等领域具有极大的应用潜力。激光选区熔化成形镁合金具有高效的制备性能、良好的成分均匀性、优异的力学性能和耐腐蚀性能,因此激光选区熔化成为一种重要的镁合金制备和改性方法。对... 详细信息

镁合金作为最轻的金属结构材料,在汽车制造、生物医疗等领域具有极大的应用潜力。激光选区熔化成形镁合金具有高效的制备性能、良好的成分均匀性、优异的力学性能和耐腐蚀性能,因此激光选区熔化成为一种重要的镁合金制备和改性方法。对近几年激光选区熔化镁合金的研究进展进行了综述,从激光工艺参数(激光类型、体能量密度、激光功率、扫描速度、扫描模式、层厚、扫描间距、气氛控制与进粉速度)和粉体状态(粉末形状、粒径分布、粉末对激光束能量吸收率、粉末化学成分)2个方面讨论了该工艺的关键技术;按照纯镁、非稀土镁合金体系、稀土镁合金体系的分类,对激光选区熔化成形镁及镁合金的致密度与微观结构、力学性能与耐腐蚀性能进行了总结;分析了工艺参数与合金成分两方面对该工艺成形镁合金缺陷的影响。为减少激光选区熔化成形镁合金缺陷、均匀化晶粒、溶解硬脆二次相或析出强化相进而改善合金的结构与性能,许多研究对激光选区熔化成形镁合金进行了热等静压、固溶热处理和时效热处理,总结了上述处理方式对AZ体系、WE体系与Mg-Gd体系镁合金的改善效果。最后展望了激光选区熔化成形镁及镁合金在各领域的应用前景与未来可以进行研究的方向。

关键词：激光选区熔化镁合金微观结构力学性能缺陷热处理

GNPs含量对激光选区熔化成形GNPs/AlSi10Mg复合材料组织及强化机理的影响

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中国激光 2023年第16期50卷 274-286页

作者：吴利芸赵占勇白培康太原工业学院机械工程系山西太原030008 中北大学材料科学与工程学院山西太原030051 金属凝固控制与精确成形山西省重点实验室山西太原030051

激光选区熔化技术相比传统材料加工技术具有成形速度快且能够成形复杂零件的优势。采用球磨法制备了GNPs/AlSi10Mg复合粉末,采用激光选区熔化技术成形了石墨烯纳米片(GNPs)含量不同的GNPs/AlSi10Mg复合材料,GNPs的质量分数分别为0、0.1%... 详细信息

激光选区熔化技术相比传统材料加工技术具有成形速度快且能够成形复杂零件的优势。采用球磨法制备了GNPs/AlSi10Mg复合粉末,采用激光选区熔化技术成形了石墨烯纳米片(GNPs)含量不同的GNPs/AlSi10Mg复合材料,GNPs的质量分数分别为0、0.1%、0.3%、0.5%。研究了不同GNPs含量对复合材料微观组织和力学性能的影响,揭示了GNPs强化AlSi10Mg的机理。结果表明:激光选区熔化成形的AlSi10Mg合金的择优取向为〈100〉;GNPs的添加不会改变GNPs/AlSi10Mg复合材料的择优取向,但会降低复合材料中大角度晶界的比例。不同含量的GNPs/AlSi10Mg复合材料的相组成均为α-Al相和共晶硅相;随着GNPs含量增加,复合材料的硬度呈增大趋势,最大为168 HV;随着GNPs含量增加,缺陷增加,复合材料的极限抗拉强度、屈服强度和延伸率由0.1%GNPs/AlSi10Mg的(417±4)MPa、(254±5)MPa和(8.4±0.14)%降低到0.5%GNPs/AlSi10Mg的(224±6)MPa、(150±3)MPa和(4.0±0.45)%;激光选区熔化成形0.1%GNPs/AlSi10Mg复合材料的强化主要是由热错配强化和载荷转移强化协同作用控制的。

关键词：激光技术激光选区熔化石墨烯纳米片力学性能强化机理