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激光增材制造AlMoxNbTayTiZr难熔高熵合金的高温抗氧化性能

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材料工程 2024年第7期52卷 33-43页

作者：张智博李卓苏冰申春杰任鹏吉北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室北京100191

难熔高熵合金具有优异的高温力学性能,但高温抗氧化能力一直是其应用的限制因素之一。利用激光增材制造技术设计并制备AlNbTaTiZr,AlMoNbTiZr,AlMoNbTaTiZr和AlMo_(0.5)NbTa_(0.5)TiZr四种难熔高熵合金,测试其在900℃和1000℃两种温度... 详细信息

难熔高熵合金具有优异的高温力学性能,但高温抗氧化能力一直是其应用的限制因素之一。利用激光增材制造技术设计并制备AlNbTaTiZr,AlMoNbTiZr,AlMoNbTaTiZr和AlMo_(0.5)NbTa_(0.5)TiZr四种难熔高熵合金,测试其在900℃和1000℃两种温度下的氧化增重情况并研究不同试样的氧化层结构,对比分析Mo,Ta两种元素对AlNbTiZr基难熔高熵合金高温抗氧化性能的影响。结果表明:激光增材制造制备的四种高熵合金沉积态均为BCC+HCP双相结构,枝晶干以高熔点BCC相为主,少量富含Al,Zr元素的HCP相分布在枝晶间;四种高熵合金在900℃与1000℃长时间氧化时AlNbTaTiZr表现出最佳的抗氧化性,以Ta替代Mo在一定程度上提升了难熔高熵合金的抗氧化性能。

关键词：难熔高熵合金激光增材制造微观组织高温氧化

激光增材制造铜铬锆合金研究进展:成形行为、微观组织和综合性能(特邀)

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中国激光 2024年第4期51卷 141-159页

作者：陈兴宇李昊陈乔雨徐海升谢凡轩李正黄田野关凯尹作为郝亮殷杰中国地质大学(武汉)珠宝学院湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)先进制造研究所湖北武汉430074 湖北三江航天江北机械工程有限公司湖北孝感432000 中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院湖北武汉430074 鑫精合激光科技有限公司北京102200

铜铬锆(CuCrZr)作为沉淀硬化合金,以其良好的耐热性、耐腐蚀性以及优异的力学、电学和热学性能而被广泛应用于航空航天、核能化工等领域。然而,CuCrZr是当前激光增材制造(LAM)难成形材料之一,相关研究报道还很有限。本文综述了近年来激... 详细信息

铜铬锆(CuCrZr)作为沉淀硬化合金,以其良好的耐热性、耐腐蚀性以及优异的力学、电学和热学性能而被广泛应用于航空航天、核能化工等领域。然而,CuCrZr是当前激光增材制造(LAM)难成形材料之一,相关研究报道还很有限。本文综述了近年来激光粉末床熔融(L-PBF)制备CuCrZr合金的研究进展,重点探究了绿激光与近红外激光对成形质量的影响规律,分析了热处理及构建方向与微观组织、力学性能的内在联系,并研究了热处理对于电学、热学性能的强化机制。近红外激光制备样品的致密度波动范围大(95.5%~99.9%),绿激光制备样品的整体致密度较低但波动范围较小(96.5%~98.5%),工艺参数仍有优化空间。合金的微观组织和综合性能都存在各向异性,即沿水平方向的晶粒细小,沿垂直方向的晶粒为柱状晶粒。固溶处理会使合金的熔池边界消失并改变晶粒形态,时效处理导致合金产生沉淀并改变晶粒取向。500℃左右处理1~2 h的直接时效处理对力学性能的提升最大,时效处理通过降低位错密度、减少热残余应力和促进沉淀物的形成,显著增强了合金的力学性能。对电学、热学性能提升最大的热处理条件为950~1000℃的固溶退火处理1 h+500℃左右的时效硬化处理1~3 h,这是因为固溶退火+时效硬化处理降低了位错密度和残余应力,并产生了有益的沉淀物。本文总结了L-PBF制备CuCrZr合金的成形行为、微观组织和综合性能的研究进展,并对其研究前景和发展方向进行了展望。

关键词：激光增材制造铜铬锆合金成形行为微观组织综合性能

激光增材制造沉淀强化镍基高温合金热裂纹研究进展

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表面技术 2024年第7期53卷 1-14页

作者：李尧寇浩南李梦阳张阔刘源虢婷张凤英宋绪丁长安大学材料科学与工程学院西安710064 长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室西安710064

针对沉淀强化镍基高温合金中的裂纹现象,对比了2类热裂纹(即凝固裂纹和液化裂纹)的典型特征、形成位置和条件。从枝晶生长、元素偏析、强化相析出、固态相变和残余应力应变等角度,系统综述了热裂纹的形成机理和热裂纹敏感性影响因素。... 详细信息

针对沉淀强化镍基高温合金中的裂纹现象,对比了2类热裂纹(即凝固裂纹和液化裂纹)的典型特征、形成位置和条件。从枝晶生长、元素偏析、强化相析出、固态相变和残余应力应变等角度,系统综述了热裂纹的形成机理和热裂纹敏感性影响因素。在此基础上,从合金成分调控、工艺参数优化、基板预热以及热等静压处理等方面,概述了增材制造高温合金热裂纹调控和抑制的主要措施。最后,针对激光增材制造沉淀强化镍基高温合金热裂纹研究中存在的问题,提出了进一步研究和发展的建议,为实现无裂纹镍基高温合金的增材制造提供了参考。

关键词：激光增材制造沉淀强化镍基高温合金开裂机理热裂纹敏感性裂纹抑制

激光增材制造金属功能材料及其原位同步辐射研究(特邀)

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中国激光 2024年第10期51卷 70-90页

作者：李冠奇张东升郑嘉兴吕超刘伟赵新青张兵兵侯慧龙北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191 中国科学院高能物理研究所北京同步辐射装置北京100049 中国航发北京航空材料研究院3D打印研究与工程技术中心北京100095 天目山实验室(航空浙江省实验室) 浙江杭州311115

近年来,基于激光增材制造技术的先进结构材料和构件制备及应用取得了重要进展,并由此带动了该技术在金属功能材料制备与调控方面的发展。作为金属功能材料典型代表的形状记忆合金兼具形状记忆、超弹性和弹热效应等新奇特性,这些特性与... 详细信息

近年来,基于激光增材制造技术的先进结构材料和构件制备及应用取得了重要进展,并由此带动了该技术在金属功能材料制备与调控方面的发展。作为金属功能材料典型代表的形状记忆合金兼具形状记忆、超弹性和弹热效应等新奇特性,这些特性与合金的微观组织、微结构演化高度相关,但难以通过传统制备和表征手段实现精细化调控和实时相变测量,因而通过激光增材制造技术调控微结构并进行原位同步辐射观测成为形状记忆合金性能提升的重要手段。本文综述了基于激光增材制造的形状记忆合金设计、微结构调控、工艺-结构-性能关系以及国内外研究现状,并从技术原理、材料特性、工艺优化、结构调控和原位表征等方面对形状记忆合金激光增材制造研究进展进行了介绍,归纳整理了现阶段激光增材制造形状记忆合金的主要性能。另外,本文介绍了激光增材制造过程的原位X射线衍射表征方法以及该表征方法的典型应用,对增材制造过程中合金的相变动力学测量及单晶原位表征方法进行了梳理,并对该技术的未来发展趋势进行了展望。

关键词：激光增材制造金属功能材料形状记忆合金同步辐射原位X射线衍射

激光增材制造中残余应力形成机理、表征及调控方法的研究进展

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材料工程 2024年第7期52卷 15-32页

作者：王瑞鑫陈超越徐松哲帅三三胡涛李霞王保军王江任忠鸣上海大学材料科学与工程学院、省部共建高品质特殊钢、冶金与制备国家重点实验室上海200444

激光增材制造可以实现高性能复杂金属构件的一体化直接成形,但该过程中存在的非均匀温度梯度分布、微熔池的近快速凝固、原位热处理效应以及非平衡固态相变、微观结构的不均匀性等会产生复杂的残余应力,严重影响成形构件质量和综合性能... 详细信息

激光增材制造可以实现高性能复杂金属构件的一体化直接成形,但该过程中存在的非均匀温度梯度分布、微熔池的近快速凝固、原位热处理效应以及非平衡固态相变、微观结构的不均匀性等会产生复杂的残余应力,严重影响成形构件质量和综合性能。因此,本文围绕激光增材制造残余应力,首先介绍了残余应力的基本定义、分类及产生原因;然后针对激光增材制造过程中残余应力的特殊性、形成机理、表征方法及调控方法的研究现状进行了系统的综述,介绍了残余应力的表征方法及其特点,并说明了各方法的适用性及优缺点,总结了调控残余应力的方法可分为后处理调控和原位处理调控;最后,展望了研究激光增材制造残余应力的产生原因和演化机制应考虑几类应力的叠加效应。残余应力的表征应采用多种方法结合,相互辅助验证。为避免成形过程中应力集中影响成形质量以及避免后处理对构件精度产生影响,应重点研究原位调控残余应力的方法。

关键词：激光增材制造残余应力残余应力表征有限元仿真残余应力调控

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激光增材制造技术制备高熵合金的研究进展

稀有金属材料与工程 2024年第1期53卷 102-112页

作者：赵燕春宋海转王晓昱王园园马虎文冯力刘建军段望春兰州理工大学省部共建有色金属加工与再利用国家重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学温州泵阀工程研究院浙江温州325105 兰州工业研究院甘肃兰州730050 甘肃省机械工程研究院甘肃兰州730000

目前基于焓变的传统合金化材料设计理念趋于极限,而基于熵变设计的新型金属材料中高熵合金设计自由度大,弥补了亚稳态材料室温脆性以及亚稳晶化的不足,且在性能上不断取得突破。激光增材制造技术具有不同于传统的加工设计和制造理念,为... 详细信息

目前基于焓变的传统合金化材料设计理念趋于极限,而基于熵变设计的新型金属材料中高熵合金设计自由度大,弥补了亚稳态材料室温脆性以及亚稳晶化的不足,且在性能上不断取得突破。激光增材制造技术具有不同于传统的加工设计和制造理念,为推动先进合金材料的发展提供了新的可能,已经成为链接材料与产品的关键技术。本文基于不同维度的激光增材制造技术,从2D、3D和4D这3种维度分别介绍了激光熔覆技术制备高熵合金涂层、3D打印技术制备高熵合金和4D打印技术制备高熵高温形状记忆合金的研究现状,并结合目前研究中所面临的关键技术问题及解决方案进行了讨论,最后对激光增材制造技术制备先进合金材料进行了总结和展望。

关键词：激光增材制造高熵合金高熵高温形状记忆合金 4D打印

X射线超快成像原位表征激光增材制造过程研究进展

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中国有色金属学报 2024年第4期34卷 1405-1427页

作者：龚来凤帅三三李雅莉黎姗姗陈超越王江任忠鸣上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海200444 上海大学材料科学与工程学院上海200444 中国航发商用航空发动机制造有限责任公司上海201306

在增材制造过程中,熔池经历快速熔化、冷却、凝固的过程,其物理、化学、结构和应力等处于极端非平衡状态,容易导致孔隙、裂纹等缺陷产生,影响制件力学性能。同步辐射X射线具有高空间分辨率和时间分辨率,可以实现增材制造过程中熔池动力... 详细信息

在增材制造过程中,熔池经历快速熔化、冷却、凝固的过程,其物理、化学、结构和应力等处于极端非平衡状态,容易导致孔隙、裂纹等缺陷产生,影响制件力学性能。同步辐射X射线具有高空间分辨率和时间分辨率,可以实现增材制造过程中熔池动力学和缺陷演化的原位表征。本文综述了近年来激光增材制造原位实验平台的搭建,并从熔池结构演化、缺陷形成机理和成形工艺优化三个方面介绍了同步辐射X射线原位表征激光增材制造过程的研究进展。最后基于目前增材制造原位观察的局限性,从表征系统改进、原料多样化和计算修正等方面对未来研究进行了展望。

关键词：同步辐射X射线超快成像激光增材制造熔池结构演化缺陷形成原理

激光增材制造316L不锈钢退火过程中微观组织演变和力学性能

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金属热处理 2024年第4期49卷 66-77页

作者：郑磊徐达鲁宇杰廖文超殷安民陈候宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211 浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室浙江宁波315211

利用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、拉伸试验机研究了激光增材制造316 L不锈钢退火过程中的微观组织演变和力学性能。结果表明:在700℃退火后,鱼鳞状熔池形貌开始随着温度的升高逐渐转变为不规则长条状形貌,在750℃退火后,熔池... 详细信息

利用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、拉伸试验机研究了激光增材制造316 L不锈钢退火过程中的微观组织演变和力学性能。结果表明:在700℃退火后,鱼鳞状熔池形貌开始随着温度的升高逐渐转变为不规则长条状形貌,在750℃退火后,熔池内胞状和长条柱状亚结构转变为球形亚结构组织和三角形的点状凹坑形组织。随着退火温度的升高,晶粒尺寸先减小后增大,位错密度重新排序,胞状亚结构的溶解,亚结构组织,变形组织和大小角度晶界的演变反映着位错密度的降低,导致强度的下降和塑性的增强。在600℃×120 min退火时屈服强度为484.2 MPa,抗拉强度为665.6 MPa,伸长率为47.7%,在850℃×120 min退火时屈服强度为410.4 MPa,抗拉强度为639.1 MPa,伸长率为59.7%;随着保温时间的延长,变形组织转变为亚结构组织;在650℃温度下保温时间由30 min增加到120 min时,亚结构组织由24.1%增多到82.3%;在850℃温度下保温时间由30 min增加到120 min时,亚结构组织由24.9%增多到59.2%。

关键词：激光增材制造 316L不锈钢退火处理微观组织力学性能

激光增材制造AlMoNbTaTiZr难熔高熵合金的高温抗氧化性能

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材料工程 2024年 33-43页

作者：张智博李卓苏冰申春杰任鹏吉北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室

难熔高熵合金具有优异的高温力学性能，但高温抗氧化能力一直是其应用的限制因素之一。利用激光增材制造技术设计并制备AlNbTaTiZr,AlMoNbTiZr,AlMoNbTaTiZr和AlMo0.5NbTa0.5TiZr四种难熔高熵合金，测试其在900℃和1000℃两种温度下的... 详细信息

难熔高熵合金具有优异的高温力学性能，但高温抗氧化能力一直是其应用的限制因素之一。利用激光增材制造技术设计并制备AlNbTaTiZr,AlMoNbTiZr,AlMoNbTaTiZr和AlMo0.5NbTa0.5TiZr四种难熔高熵合金，测试其在900℃和1000℃两种温度下的氧化增重情况并研究不同试样的氧化层结构，对比分析Mo,Ta两种元素对AlNbTiZr基难熔高熵合金高温抗氧化性能的影响。结果表明：激光增材制造制备的四种高熵合金沉积态均为BCC+HCP双相结构，枝晶干以高熔点BCC相为主，少量富含Al,Zr元素的HCP相分布在枝晶间；四种高熵合金在900℃与1000℃长时间氧化时AlNbTaTiZr表现出最佳的抗氧化性，以Ta替代Mo在一定程度上提升了难熔高熵合金的抗氧化性能。

关键词：难熔高熵合金激光增材制造微观组织高温氧化