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激光粉末床熔融技术中铺粉致密度的影响因素研究

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激光与光电子学进展 2024年第5期61卷 349-367页

作者：张鹏张少明毕中南谈震王瑞王睿钢铁研究总院有限公司北京100081 北京钢研高纳科技股份有限公司北京100081 北京工业大学材料与制造学部北京100124

激光粉末床熔融(LPBF)技术具有成形精度高、表面粗糙度低、成形件性能优异等特点,是目前金属增材制造领域中应用最广泛的一种成形技术。其中,铺粉过程作为LPBF技术的关键环节,粉末床铺粉质量对铺粉致密度及成形件性能具有重要影响,基于... 详细信息

激光粉末床熔融(LPBF)技术具有成形精度高、表面粗糙度低、成形件性能优异等特点,是目前金属增材制造领域中应用最广泛的一种成形技术。其中,铺粉过程作为LPBF技术的关键环节,粉末床铺粉质量对铺粉致密度及成形件性能具有重要影响,基于此,本文综述了LPBF技术中铺粉致密度的影响因素。首先,总结了粉末床铺粉质量的表征评价方法,如图像分析法、X射线原位监测法和取样器法等。在此基础上,从粉末特征和铺粉工艺出发,分别阐述了粉末粒度、粉末形貌、粉末制备方法、粉末再循环及铺粉工艺参数对粉末床铺粉致密度的影响规律。其中,粉末的粒度分布和形貌是影响铺粉致密度关键因素,较宽的单峰分布和粗细颗粒混合的双峰分布有利于提高粉末堆积密度。粉末的形貌越接近球形,粉末流动性越好,越有利于提升粉末铺展性和铺粉均匀性。粉末堆积密度和铺粉均匀性共同作用将提升粉末床铺粉致密度和成形样品的致密度。铺粉工艺条件的变化可以影响粉末床的铺粉质量及密度,其中控制合理的铺粉速度、选用滚筒类型的刮刀和增大基体的粗糙度将进一步提升粉末床的铺粉致密度。最后,本文对进一步提升粉床的铺粉致密度的方法和技术进行了展望。

关键词：激光技术激光粉末床熔融铺粉致密度粉末粒度粉末形貌离散元模拟成形缺陷

Phenomenon and Mechanism of High Temperature Low Plasticity in High-Cr Nickel-based Superalloy

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Journal of Materials Science & Technology 2013年第2期29卷 187-192页

作者： zhongnan bi Jianxin Dong Lei Zheng Xishan Xie University of Science and Technology Beijing Beijing Key Laboratory of Advanced High Temperature Materials Central Iron and Steel Research Institute

Cr is the most important element in nickel-based alloys to prevent high temperature oxidation and corrosion. However, high-Cr content will lead to a decline of hot workability which limits the addition of Cr for most nickel-based superalloys. In order to add more Cr into Ni-based alloy for improving high temperature oxidation and corrosion resistance, the poor hot workability of high-Cr alloy must be first solved. Deformation characteristic of a high-Cr nickel-based alloy （40 wt% Cr） under hot compression conditions at 800-1200 ℃ has been investigated by using a Gleeble 3500 machine, and the microstructural evolution during hot working process has been observed by optical microscopy and scanning electron microscopy. The results show that a high-temperature low-plasticity （HTLP） region exists in this high-Cr nickel-based alloy. This phenomenon can be attributed to its non-uniform interdendritic microstructure at high temperatures. These results can explain the poor hot workability of high-Cr nickel-based alloy.

关键词： High-Cr nickel-based superaUoy Hot workability Forging α-Cr phase High temperature low plasticity

热处理对增材制造TS5镍基高温合金组织与性能的影响

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金属热处理 2024年第4期49卷 116-122页

作者：谭科杰谢锦丽秦海龙徐斌董行毕中南张继钢铁研究总院有限公司高温合金新材料北京市重点实验室北京100081 北京钢研高纳科技股份有限公司北京100081 北京钢研高纳科技股份有限公司平度分公司山东青岛266736

采用选区激光熔化(Selective laser melting,SLM)技术制备TS5镍基高温合金,通过不同保温温度、升温速率和保温时间的热处理工艺,分析了热处理对SLM成形TS5合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明,沉积态TS5合金裂纹占比0.07%,平均晶... 详细信息

采用选区激光熔化(Selective laser melting,SLM)技术制备TS5镍基高温合金,通过不同保温温度、升温速率和保温时间的热处理工艺,分析了热处理对SLM成形TS5合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明,沉积态TS5合金裂纹占比0.07%,平均晶粒截面粒径为66.94μm,具有低的打印成形开裂倾向与稳定的成形组织。沉积态TS5合金以0.1℃/s升温至900℃时,γ′相在升温过程中析出。而较快的升温速率可以抑制TS5合金在升温过程中γ′相的析出,特别是当升温速率大于50℃/s时,γ′相的析出被完全抑制。在850℃下分别保温10、60、240 min时,γ′相体积分数分别为26.2%、37.7%和47.1%,析出量逐渐增加;γ′相尺寸分别为22.2、40.5、58.9 nm。拉伸测试显示,沉积态TS5合金随着热处理温度升高,抗拉强度逐步降低,650℃与750℃的屈服强度分别为873 MPa和768 MPa;850℃和950℃的拉伸过程出现脆断现象。电子背散射衍射(Electron back-scatter diffraction,EBSD)发现裂纹主要出现在大角度晶界处。综上所述,合理的快速升温配合短时保温有利于避免升温过程的相变内应力,有效提升晶界强度,对SLM成形TS5合金避免热处理过程的畸变开裂至关重要。

关键词：镍基高温合金选区激光熔化热处理组织性能裂纹

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新型镍钴基高温合金拉伸性能和变形机制研究

稀有金属材料与工程 2024年第1期53卷 113-123页

作者：王晨王兴茂于鸿垚王联波王瑞程体娟郭彩玉毕中南王占勇上海应用技术大学材料科学与工程学院上海201418 钢铁研究总院高温合金新材料北京市重点实验室北京100081 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室甘肃兰州730050

采用SEM、EBSD和TEM研究了室温(25℃)和中温(650、700和750℃)下新型镍钴基高温合金力学性能及其变形机制。结果表明:室温下,合金的屈服强度和延伸率分别是1176 MPa和22.5%,主要的变形机制为大量位错发生滑移,不全位错切割γ′相形成孤... 详细信息

采用SEM、EBSD和TEM研究了室温(25℃)和中温(650、700和750℃)下新型镍钴基高温合金力学性能及其变形机制。结果表明:室温下,合金的屈服强度和延伸率分别是1176 MPa和22.5%,主要的变形机制为大量位错发生滑移,不全位错切割γ′相形成孤立层错。当温度达到650℃时,观察到微孪晶切割二次γ′相和γ基体,以连续层错切割二次γ′相和γ基体变形为主。在700~750℃时,以连续层错和微孪晶同时切割二次γ′相和γ基体为主,并且层错的长度和微孪晶的厚度随温度的升高而增加。650~750℃范围内,切割一次γ′相的机制从APB转变到孤立层错。讨论了中温条件下变形机制随温度的变化以及微孪晶、层错等的形成机制。其中给出了a/6不全位错剪切γ′相形成超点阵外禀层错(SESF)的一种原子互换扩散模型,解释微孪晶的形成过程,为进一步研制高性能水平的新型镍钴基高温合金提供参考。

关键词：镍钴基高温合金拉伸性能变形机制层错微孪晶

Superb cryogenic strength of equiatomic CrCoNi derived from gradient hierarchical microstructure

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Journal of Materials Science & Technology 2019年第6期35卷 957-961页

作者： bin Gan Jeffrey M. Wheeler zhongnan bi Lin Liu Jun Zhang Hengzhi Fu School of Materials Science and Engineering Northwestern Polytechnical University Xi'an 710072 China Laboratory for Nanometallurgy Department of Materials Science ETH Zurich Vladimir-Prelog-Weg 5 Zurich CH-8093 Switzerland Central Iron and Steel Research Institute No. 76 Xueyuannan Road Beijing 100081 China

This work demonstrates the effectiveness of a cryogenic torsional pre-straining for significantly improving the cryogenic strength of an equiatomic CrCoNi alloy. The origin of this phenomenon is elucidated by various microstructural characterization tools, which shows that the sequential torsion and tension tests lead to the observed hierarchical microstructure through the activation of different twinning systems and stacking faults. This gives rise to the significant increase in the yield strength from 600 MPa to 1215 MPa,while the fracture strain changes from 68% to 48%. The current study reveals that the incorporation of nanotwins architecture by shear deformation may constitute a viable strategy to tune the mechanical performance and, in particular, to dramatically increase the strength while keeping a good ductility.

关键词： Medium entropy alloy CrCoNi Torsion Hierarchical microstructure Strengthening

气雾化制备18Ni250钢粉体的数值模拟与试验验证

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钢铁 2024年第6期59卷 112-121页

作者：李嘉刘雨王长军于晓华刘振宝王睿毕中南梁剑雄昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093 钢铁研究总院有限公司特殊钢研究院北京100081 北京钢研高纳科技股份有限公司北京100081

真空感应熔炼气雾化(VIGA)工艺具备细粉收得率高、高效率以及低成本等优点,是目前增材制造用粉体制备最为通用的工业技术。由于超声速流场冲击液滴形成粉体的雾化过程机理复杂,粉体质量与细粉收得率难以兼顾是关键技术问题之一。数值模... 详细信息

真空感应熔炼气雾化(VIGA)工艺具备细粉收得率高、高效率以及低成本等优点,是目前增材制造用粉体制备最为通用的工业技术。由于超声速流场冲击液滴形成粉体的雾化过程机理复杂,粉体质量与细粉收得率难以兼顾是关键技术问题之一。数值模拟通过可视化展示氩气流场和金属熔体破碎的过程,有助于分析VIGA工艺中超声速流场冲击液滴形成粉体的复杂机理。首先通过数值模拟对VIGA工艺的氩气流场、金属熔体破碎过程进行可视化分析,结合试验研究气雾化参数对细粉收得率以及粉末形貌的影响。主要的气雾化参数为气体压强(4、5 MPa)、气体温度(300、373、423 K)、熔体漏眼直径(5 mm)、熔体温度(1873 K)。研究结果表明,气体压强升高、气体加热可以明显提升超声速氩气流速度,模拟结果给出的最优参数为雾化气体压强5 MPa、气体温度423 K。机理分析发现,上升气流是金属熔体在一次雾化时的主要作用气流,作用为液膜拓展至初始液滴形成;初始液滴在超声速气流交叉冲击区进行二次雾化,液滴破碎后冷却形成粉末。采用最优工艺参数进行试验,实际细粉收得率可达到约66.59%,制备的粉末球形度良好。此外,雾化气体加热对粉体表面熔覆氧无明显影响。为开发18Ni马氏体时效钢材料及相应的气雾化制粉工艺提供技术支持,有望提高雾化效率和粉末性能。

关键词：真空感应气雾化数值模拟 18Ni250钢一次雾化二次雾化粉体质量

Phase Evolution and Thermal Expansion Behavior of aγ′Precipitated Ni-Based Superalloy by Synchrotron X-Ray Diffraction

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Acta Metallurgica Sinica(English Letters) 2022年第1期35卷 93-102页

作者： Zhiran Yan Qing Tan Hua Huang Hailong Qin Yi Rong zhongnan bi Runguang Li Yang Ren Yandong Wang State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials University of Science and Technology BeijingBeijing100083China Department of Microstructure Physics and Alloy Design Max-Planck-Institut Für Eisenforschung GmbH40237DüsseldorfGermany Department of Materials Imperial College LondonKensingtonLondonSW72AZUK Beijing Key Laboratory of Advanced High Temperature Materials Central Iron and Steel Research InstituteBeijing100081China Department of Mechanical Engineering Technical University of Denmark2800Kongens LyngbyDenmark X-Ray Science Division Advanced Photon SourceArgonne National LaboratoryArgonneIL60439USA

The phase evolution and thermal expansion behavior in superalloy during heating play an essential role in controlling the size and distribution of precipitates,as well as optimizing thermomechanical *** X-ray diffraction is able to go through the interior of sample and can be carried out with in situ environment,and thus,it can obtain more statistics information in real time comparing with traditional methods,such as electron and optical *** this study,in situ heating synchrotron X-ray diffraction was carried out to study the phase evolution in a typicalγ′phase precipitation strengthened Ni-based superalloy,Waspaloy,from 29 to 1050°***γ′,γ,M_(23)C_(6)and M C phases,including their lattice parameters,misfits,dissolution behavior and thermal expansion coefficients,were mainly ***γ′phase and M_(23)C_(6)carbides appeared obvious dissolution during heating and re-precipitated when the temperature dropped to room *** with the microscopy results,we can indicate that the dissolution of M_(23)C_(6)leads to the growth of grain andγ′phase cannot be completely dissolved for the short holding time above the solution ***,the coefficients of thermal expansions of all the phases are calculated and fitted as polynomials.

关键词： Superalloy Waspaloy Lattice misfit Coefficients of thermal expansion X-ray diffraction Synchrotron radiation

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三联冶炼GH4169合金研究进展

金属学报 2023年第9期59卷 1159-1172页

作者：杜金辉毕中南曲敬龙钢铁研究总院高温合金新材料北京市重点实验室北京100081 北京钢研高纳科技股份有限公司北京100081

三联冶炼技术的突破促进了我国GH4169合金盘锻件全流程制备技术的优化。本文综述了GH4169合金的化学成分、三联冶炼技术、开坯技术、锻造技术、残余应力控制、质量控制体系等方面的研究进展。三联冶炼技术的突破提高了GH4169合金的纯净... 详细信息

三联冶炼技术的突破促进了我国GH4169合金盘锻件全流程制备技术的优化。本文综述了GH4169合金的化学成分、三联冶炼技术、开坯技术、锻造技术、残余应力控制、质量控制体系等方面的研究进展。三联冶炼技术的突破提高了GH4169合金的纯净度,降低了冶金缺陷概率;镦拔+径锻联合开坯提高了GH4169合金棒材组织均匀性和成材率;残余应力控制技术降低了GH4169合金盘件加工和服役过程中的变形量。此外,本文讨论了GH4169合金在超高强度、超大尺寸、高耐蚀性能和抗氢脆等研究中存在的难题,并对未来工作方向进行了展望。

关键词： GH4169合金三联冶炼镦拔径锻残余应力

新型难变形高温合金эк151的组织特征及平衡析出相热力学计算

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稀有金属材料与工程 2013年第5期42卷 919-924页

作者：毕中南曲敬龙杜金辉张继钢铁研究总院北京100081 高温合金新材料北京市重点实验室北京100081

利用场发射扫描电子显微镜对其铸态组织进行了观察,并通过热力学计算,对该合金中成分对平衡相析出的影响规律进行了研究。结果表明,эк151合金凝固过程中,Mo、Nb和Ti等元素在枝晶间偏析,并形成大量γ′+γ共晶相。合金主要析出相为大... 详细信息

利用场发射扫描电子显微镜对其铸态组织进行了观察,并通过热力学计算,对该合金中成分对平衡相析出的影响规律进行了研究。结果表明,эк151合金凝固过程中,Mo、Nb和Ti等元素在枝晶间偏析,并形成大量γ′+γ共晶相。合金主要析出相为大量的γ′相、少量的一次、二次碳化物和硼化物以及μ相。其中强化相γ′多成立方状,800℃下平衡态质量分数含量高达50%左右。当成分在规定范围波动时,对熔点影响最大的为Cr、Mo、Nb和Ti;而Al、Ti和Nb含量变化均会影响到γ′相的析出量及析出温度;Cr、Mo含量变化还会影响到二次碳化物的种类,Ti、Nb、C虽然是一次碳化物MC的主要形成元素,但是成分范围内对其析出温度影响并不明显。影响μ相析出温度和析出量的主要成分为Cr、Mo和W。

关键词：难变形合金热力学相计算相析出行为