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激光定向能量沉积制造A131 EH36/AISI 1045双金属结构性能研究

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中国激光 2022年第14期49卷 236-250页

作者：白玉超王迪李朝将新加坡国立大学工程学院新加坡117575 华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640 北京理工大学机械与车辆工程学院北京100081

采用增材制造技术将异种材料沉积到常规生产的规则半成品零件上的混合制造方式是实现大尺寸复杂双金属结构材料高效制造的有效方式之一。而实现此目标的主要前提之一是保证良好的界面结合质量。因此,采用激光定向能量沉积(DED)技术将A13... 详细信息

采用增材制造技术将异种材料沉积到常规生产的规则半成品零件上的混合制造方式是实现大尺寸复杂双金属结构材料高效制造的有效方式之一。而实现此目标的主要前提之一是保证良好的界面结合质量。因此,采用激光定向能量沉积(DED)技术将A131 EH36沉积到传统轧制的AISI 1045钢上制备双金属结构,并对包含界面区的微观组织演变、力学性能以及切削响应进行研究,同时探究了热处理对性能的影响。结果表明:A131 EH36/AISI 1045双金属结构内部形成了宽度约为0.5 mm的无裂纹和未熔合缺陷的过渡区,表现出了优异的界面冶金结合;过渡区内包含了相互嵌合的组织细化区、组织粗化区、双重热影响区和热影响区,并在热处理后消失;过渡区的硬度从AISI 1045一侧的(182.0±11.7)HV逐渐增加到了A131 EH36一侧的(297.1±20.1)HV,热处理后的过渡区的硬度波动显著降低,在190 HV上下波动;直接沉积的双金属结构的拉伸强度和屈服强度略高于较弱的AISI 1045钢,分别达到了(629.0±1.1)MPa和(471.4±9.2)MPa,延伸率为17.9%;热处理后,双金属结构的屈服强度和延伸率分别提升了21.5%和23.5%;断口分析表明,双金属结构样品在远离界面区的一侧失效,表现为韧性断裂,且断裂后样品的原始界面区域没有出现裂纹和孔缺陷,展示了良好的界面结合性能;切削结果表明,DED A131 EH36的切削力比轧制的AISI 1045更平稳且低,最大切削力可降低64.1%,且前者的切削表面质量较好,表面粗糙度值为(107.0±10.4)nm,低于后者的(111.8±13.6)nm。

关键词：激光技术激光定向能量沉积双金属结构微观组织力学性能切削

一种激光选区熔化双金属结构的微观组织与力学性能研究

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中国激光 2023年

作者：张思远张友昭李相伟张涛袁超张书彦东莞材料基因高等理工研究院广州大学物理与材料科学学院

本文采用激光选区熔化技术（SLM）在H13模具钢顶部沉积一种新型3D打印模具钢材料AM40，通过扫描电镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）等方法，研究热处理对AM40/H13双金属结构材料微观组织演变及其力学变形行为的影响。结果表明：沉积态... 详细信息

本文采用激光选区熔化技术（SLM）在H13模具钢顶部沉积一种新型3D打印模具钢材料AM40，通过扫描电镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）等方法，研究热处理对AM40/H13双金属结构材料微观组织演变及其力学变形行为的影响。结果表明：沉积态AM40/H13双金属材料界面无裂纹缺陷，AM40侧为增材制造特有的Marangoni熔池特征，以及细小的胞状和柱状结构的马氏体组织，H13侧为粗大奥氏体组织，界面存在明显的组织不均匀性。经过1000℃淬火+560℃回火热处理后，熔池特征消失，H13侧形成均匀的板条马氏体，消除了界面晶粒尺寸和取向差不均匀性，并使界面处的元素扩散宽度增加60μm。沉积态AM40/H13界面硬度为642HV，高于AM40(529HV)和H13(202HV)的硬度；热处理消除了AM40/H13硬度的不均匀性，使整体平均硬度为480HV。热处理后，AM40/H13双金属的抗拉强度从沉积态的644MPa提高到1436MPa，强度介于AM40和H13之间，断裂位置从沉积态的H13侧转变为AM40侧，界面保持较高的强度和塑性。

关键词：激光选区熔化双金属结构连接界面微观组织拉伸性能

Cu夹层激光熔化沉积IN625/TC4双金属结构过渡区组织与性能的研究

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钢铁钒钛 2023年第4期44卷 48-54页

作者：王文博徐诺徐国建井志成张国瑜赵雪项卓沈阳工业大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110870 沈阳工业大学教师发展与教育评估中心(高等教育研究所) 辽宁沈阳110870

由具有优异高温性能的IN625镍基高温合金和轻质高强度的TC4钛合金构成的双金属结构在航空航天领域中具有广阔的应用前景,然而,由于两种金属的物理化学性质差异较大,直接制造IN625/TC4双金属结构时,不可避免地在过渡区形成裂纹等冶金缺陷... 详细信息

由具有优异高温性能的IN625镍基高温合金和轻质高强度的TC4钛合金构成的双金属结构在航空航天领域中具有广阔的应用前景,然而,由于两种金属的物理化学性质差异较大,直接制造IN625/TC4双金属结构时,不可避免地在过渡区形成裂纹等冶金缺陷,因此IN625/TC4双金属结构的有效连接一直是行业研究的热点与难点。采用激光熔化沉积技术,通过添加Cu夹层制备了无裂纹等冶金缺陷的IN625/TC4双金属结构,研究了其过渡区的显微组织与力学性能。结果表明,Cu夹层激光熔化沉积IN625/TC4双金属结构过渡区内部的相组成主要为:γ-Ni、γ-Cu、(Cr,Mo)、Ti2Cu、TiCu、TiNi3、α-Ti及β-Ti;室温拉伸结果表明,添加Cu夹层的IN625/TC4双金属结构的抗拉强度约为228.9 MPa,断裂位置位于Cu/IN625过渡区附近,断口形貌表现为准解理断裂特性。

关键词：高温合金钛合金双金属结构激光熔化沉积 Cu夹层抗拉强度

钢/镍双金属结构CMT丝-弧沉积成形特征及性能研究

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钢/镍双金属结构CMT丝-弧沉积成形特征及性能研究

作者：张文浩安徽工业大学

学位级别：硕士

双金属结构能够满足核电、航天等领域高端零部件的不同位置对不同性能的要求,对复合结构材料的研究日益引起重视。本文采用冷金属过渡丝-弧增材制造技术(CMT-WAAM)沉积异种不锈钢及不锈钢/镍基合金双金属结构,重点研究沉积工艺对钢/镍... 详细信息

双金属结构能够满足核电、航天等领域高端零部件的不同位置对不同性能的要求,对复合结构材料的研究日益引起重视。本文采用冷金属过渡丝-弧增材制造技术(CMT-WAAM)沉积异种不锈钢及不锈钢/镍基合金双金属结构,重点研究沉积工艺对钢/镍双金属结构成形特征、界面行为及组织演变的影响,并讨论分析了性能与微观组织的关联机制。首先优化了不锈钢和镍基合金CMT丝-弧单道沉积成形工艺。随着电流的增加,不锈钢和镍基合金的熔深和熔宽都随之增加,余高和润湿角随之减小。采用Matlab软件对Inconel625单道横截面轮廓进行函数拟合,建立了CMT单道沉积层横截面轮廓椭圆函数和抛物线函数模型,对比发现椭圆函数模型与CMT单道沉积层横截面最吻合。采用单道优化工艺分别沉积了单一金属单壁墙及异种不锈钢和钢/镍双金属单壁墙结构。结果表明单壁墙宏观形貌成形良好,未发现气孔、裂纹等缺陷。在单金属单壁墙结构中,316L沉积层的微观组织主要为奥氏体柱状晶和晶间的骨架/板条状δ-铁素体。430沉积层的微观组织为异常粗大的铁素体晶粒,晶粒内分布着“胡椒粉”状(Cr,Fe)C碳化物,晶界连续分布着马氏体。Inconel625沉积层的微观组织主要为奥氏体柱状晶,在晶界分布着富含Nb和Mo元素的Laves相。沉积顺序没有改变异种不锈钢双金属界面处的微观组织,但对钢/镍双金属界面附近成形特征造成了显著的影响。异种不锈钢双金属结构界面附近的316L沉积层中δ-铁素体的形态都由骨架状转变为了针状,是由于界面处两种不锈钢的元素相互扩散,导致316L沉积层中的Cr/Ni增大,凝固模式由FA转变为了F。316L/Inconel625单壁墙双金属界面处出现了两道裂纹,一道是从界面向316L延伸的凝固裂纹,另一道是先沿界面扩展再拐向Inconel625的由Laves相引起的液化裂纹,而Inconel625/316L单壁墙双金属界面处没有裂纹出现。异种不锈钢单壁墙双金属界面附近430沉积层的硬度明显升高,其拉伸试样都断裂于430一侧,为解理断裂形式。Inconel625/316L单壁墙界面处硬度呈梯度变化,拉伸试样断裂在316L一侧。316L/Inconel625单壁墙界面处硬度呈突然下降趋势,拉伸试样断裂在界面处,归因于界面处出现了凝固和液化裂纹。

关键词：不锈钢镍基合金双金属结构 CMT-WAAM 成形特征微观组织

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基于双金属结构的光纤光栅温度不敏感滤波器

红外与激光工程 2023年第3期52卷 314-321页

作者：廖晶晶祝连庆宋言明辛璟焘吕峥北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 北京信息科技大学北京市光电测试技术重点实验室北京100192

为提高光纤陀螺宽谱光源的平均波长稳定性,提出了一种用60μm超短光纤光栅制作带宽11.77 nm温度不敏感滤波器的方法。利用金属材料的热膨胀系数差,设计了双金属温度补偿结构,能够随温度的升高/降低对光纤光栅压缩/拉伸,有效地补偿光纤... 详细信息

为提高光纤陀螺宽谱光源的平均波长稳定性,提出了一种用60μm超短光纤光栅制作带宽11.77 nm温度不敏感滤波器的方法。利用金属材料的热膨胀系数差,设计了双金属温度补偿结构,能够随温度的升高/降低对光纤光栅压缩/拉伸,有效地补偿光纤光栅由热光效应引起的波长变化。在30~60℃的温度范围内,光纤光栅的温度灵敏度系数为0.15 pm/℃,较未补偿前降低了60倍以上。该结构具有较好的温度不敏感性,可作为光源滤波器提高光源的平均波长稳定性并有望用于高精度光纤陀螺。

关键词：光纤陀螺光源光纤光栅滤波器双金属结构温度补偿

激光增材制造TC4/Inconel 718双金属结构过渡区组织性能的研究

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激光增材制造TC4/Inconel 718双金属结构过渡区组织性能的研究

作者：王辰阳沈阳工业大学

学位级别：硕士

航空航天工业的飞速发展对飞行器的推重比提出了更高的要求,轻质高强的钛合金与高温性能优异的镍基高温合金形成的双金属结构与单一镍基高温合金结构比较,能够极大减轻零部件的重量及提高飞行器的推重比。课题使用激光增材制造(LAM)技... 详细信息

航空航天工业的飞速发展对飞行器的推重比提出了更高的要求,轻质高强的钛合金与高温性能优异的镍基高温合金形成的双金属结构与单一镍基高温合金结构比较,能够极大减轻零部件的重量及提高飞行器的推重比。课题使用激光增材制造(LAM)技术制备了TC4钛合金与Inconel 718镍基高温合金的双金属结构。借助光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、元素能谱分析仪、电子背散射衍射分析仪、维氏硬度仪及拉伸实验机,研究了直接过渡、Cu夹层过渡及Ta/Cu复合夹层过渡对LAM TC4/Inconel 718双金属结构裂纹敏感性、组织及性能的影响。直接过渡LAM TC4/Inconel 718双金属结构,由于过渡区形成大量的Ti Ni与TiNi脆性金属间化合物,导致其开裂,无法实现高质量接合。Cu夹层过渡LAM TC4/Inconel 718双金属结构,过渡区组织由γ-Cu和γ-Ni固溶体以及少量的TiCu、Ti Cu、Ti Ni与TiNi金属间化合物组成。与直接过渡比较,由于过渡区存在大量γ-Cu固溶体提高了其塑性,降低了裂纹敏感性,能够实现无冶金缺陷(如裂纹)的LAM TC4/Inconel 718双金属结构样件。但由于元素的相互扩散导致过渡区仍存在少量的Ti-Ni和Ti-Cu金属间化合物,其维氏硬度高达592 HV,使其仍有一定的脆性。利用Ti-Ta、Ta-Cu及Cu-Ni之间不会形成金属间化合物的特点,研究了Ta/Cu各一层复合夹层过渡和Ta/Cu各两层复合夹层过渡LAM TC4/Inconel 718双金属结构。Ta/Cu各一层复合夹层过渡时Ta/Cu过渡区域的组织由Ta相、Cu相、TiCu、Ti Cu及NiTa组成,Ti-Ni化合物相得到有效的抑制,维氏硬度最高值为444 HV,室温抗拉性能为280MPa,断裂位置发生在Ta/Cu过渡区,为准解理断裂;Ta/Cu各两层复合夹层过渡时实现了过渡区金属间化合物的有效控制,由TC4区至Inconel 718区的组织演变为α-Ti→α-Ti+Ta→Ta→Ta+Cu→Cu→Cu+γ-Ni+laves→γ-Ni+laves。各区与界面的维氏硬度分布均匀,室温抗拉强度为369 MPa,断裂发生在Ta/Cu界面附近的近Ta区。

关键词：激光增材制造钛合金镍基合金双金属结构显微组织

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双金属结构对布拉格光栅的温度补偿研究

电子测试 2008年第3期19卷 18-20,47页

作者：胡纪平吕乃光北京信息科技大学理学院北京100085

本文首先提出了一些温度补偿的典型方法,然后设计了一个能够对布拉格光纤光栅实现温度补偿的双金属结构,并进行了研究。最后,双金属结构的布拉格光栅的温度特性在-5～+50℃的温度范围内做了测试,实验结果表明,双金属结构的布拉格光栅的... 详细信息

本文首先提出了一些温度补偿的典型方法,然后设计了一个能够对布拉格光纤光栅实现温度补偿的双金属结构,并进行了研究。最后,双金属结构的布拉格光栅的温度特性在-5～+50℃的温度范围内做了测试,实验结果表明,双金属结构的布拉格光栅的温度系数减小了4倍。

关键词：光纤布拉格光栅温度补偿双金属结构

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应用双金属结构技术对蒸发罐进汽阀门的改造

中国甜菜糖业 1997年第1期 42-43页

作者：徐梅清福建省莆田糖厂

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双金属二聚体结构的等离激元场特性研究

双金属二聚体结构的等离激元场特性研究

作者：董碧寒长春理工大学

学位级别：硕士

当入射光照射贵金属纳米结构时,纳米结构表面自由电子在入射光电场的驱动下发生集体振荡,从而产生一种局域在结构表面的电磁模式,即局域表面等离激元(Localized Surface Plasmon,LSP)。LSP提供了超衍射极限汇聚和极高的近场增强强度,使... 详细信息

当入射光照射贵金属纳米结构时,纳米结构表面自由电子在入射光电场的驱动下发生集体振荡,从而产生一种局域在结构表面的电磁模式,即局域表面等离激元(Localized Surface Plasmon,LSP)。LSP提供了超衍射极限汇聚和极高的近场增强强度,使其在光电器件、化学传感、生物医学和能源等方面具有应用潜力。而这些结构的局域等离激元特性由它们的本征模控制。对于双金属二聚体纳米结构,由于物质组成上的差异,二聚体内部之间的模式耦合会使其产生特殊的光学响应,在传感等领域有应用潜力,然而目前此项研究仍相对不足。特别是对于双金属二聚体结构中不同位置LSP去相位时间的表征,几乎尚未开展。本文借助时域有限差分法(Finite Difference Time Domain,FDTD)模拟研究了金(Au)-银(Ag)双金属纳米二聚体结构的局域等离激元场特性,并研究了结构不同位置LSP的去相位时间,主要研究内容与结果如下:1.通过FDTD仿真模拟研究了Au-Ag双金属二聚体结构中局域等离激元特性。研究发现由于耦合作用,Au-Ag双金属二聚体出现多吸收峰,并且其吸收受金盘主导。通过改变二聚体间隙尺寸,发现双金属耦合对于不同模式作用不同:对于600 nm波长附近模式呈现增强作用效果;对于725 nm波长模式呈现抑制作用效果。通过改变双金属二聚体中银盘的尺寸,发现600 nm波长附近模式不受银盘尺寸影响,而850nm波长附近模式受到银盘尺寸的直接控制。2.利用准正则模型与谐振子模型,结合FDTD仿真结果,对二聚体结构不同位置热点的去相位时间进行了研究。研究发现,同种金属二聚体结构不同位置去相位时间没有明显差异。而在双金属二聚体中,高频模式(～600 nm)在不同位置处去相位时间存在显著差异:Au侧热点去相位时间约为4.5 fs,间隙处约为4.2 fs,Ag侧热点约为3.9 fs,靠近Au纳米圆盘热点的去相位时间更长。而中频模式(～750 nm)与低频模式(～890 nm)去相位时间几乎不随测量位置变化。通过改变二聚体间隙,发现随着间隙缩小,不同位置去相位时间差异减小,并且整体去相位时间缩短。通过对比双金属二聚体中不同模式的去相位时间,发现二聚体中高频模式(四极-偶极分布)对应的去相位时间(～4.5 fs)长于中频模式(～2.9 fs)与低频模式(偶极-偶极分布,～2.0fs)。通过与单金属圆盘去相位时间的对比,发现由于耦合作用,双金属二聚体中除低频模式(～890nm),其它各模式对应的去相位时间长于单金属圆盘中LSP模式的去相位时间。

关键词：局域等离激元双金属结构去相位时间时域有限差分法