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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氧化性能

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材料工程 2024年

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... 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

基于金刚石热历史的超硬磨具激光增材制造工艺与组织性能优化

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第4期51卷 132-139页

作者：张伟高远马青原彭英博武玺旺蓝阳陈宇轩陈治强中南大学粉末冶金国家重点实验室湖南长沙410083 河南黄河旋风股份有限公司河南许昌461502 南京农业大学工学院江苏南京210031

超硬磨具激光增材制造过程中,金刚石极易受到激光直接辐照和高温熔池的影响,出现石墨化等热损伤现象.选取典型的金刚石磨具用金属结合剂CuSn10粉末,采用粉末床熔融(Powder Bed Fusion-laser Beam,PBF-LB)技术制备CuSn10-金刚石复合材料... 详细信息

超硬磨具激光增材制造过程中,金刚石极易受到激光直接辐照和高温熔池的影响,出现石墨化等热损伤现象.选取典型的金刚石磨具用金属结合剂CuSn10粉末,采用粉末床熔融(Powder Bed Fusion-laser Beam,PBF-LB)技术制备CuSn10-金刚石复合材料;围绕高能激光束和高温熔池两个影响增材制造过程中金刚石颗粒性能的关键因素,以单颗金刚石颗粒为研究对象,通过有限元模拟分析构建金刚石颗粒的温度场模型,反映了金刚石颗粒在PBF-LB中的热演化过程;阐明了PBF-LB过程金刚石的热损伤机制,发现金刚石发生石墨化转变并不是由激光的直接辐照造成的,而是由高温熔池的热影响导致,CuSn10-金刚石复合材料在PBF-LB过程中石墨化的临界温度为1491.6℃.建立了PBF-LB工艺-金刚石颗粒温度-石墨化程度-摩擦磨损性能的定量关系,发现随着金刚石颗粒温度的增加,其石墨化程度增加,严重损害了复合材料的摩擦磨损性能.

关键词：激光增材制造超硬磨具金刚石热演化石墨化

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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 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

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... 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

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 78-98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中国科学院高能物理研究所北京同步辐射装置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天目山实验室(航空浙江省实验室)

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... 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

激光增材制造体育器材用TC4钛合金疲劳裂纹扩展行为研究

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精密成形工程 2024年第1期16卷 59-65页

作者：刘硕王启慧王志鹏山西大学体育学院太原030006 中北大学环境与安全工程学院太原030051 中北大学化学与化工学院太原030051

目的揭示应力比对增材制造TC4钛合金疲劳裂纹扩展行为的影响规律。方法采用紧凑型拉伸试样,在恒载荷幅条件下对激光增材制造TC4钛合金进行了应力比为0.1、0.3和0.5的疲劳裂纹扩展实验,定量评价了不同应力比下合金的疲劳裂纹扩展速率和... 详细信息

目的揭示应力比对增材制造TC4钛合金疲劳裂纹扩展行为的影响规律。方法采用紧凑型拉伸试样,在恒载荷幅条件下对激光增材制造TC4钛合金进行了应力比为0.1、0.3和0.5的疲劳裂纹扩展实验,定量评价了不同应力比下合金的疲劳裂纹扩展速率和变化规律。基于Paris公式对裂纹扩展速率进行了拟合,分析了应力比对各参数的影响规律。最后通过扫描电镜对断口表面形貌进行了观察,分析了应力比对断裂模型的影响。结果在相同的∆K条件下,疲劳裂纹扩展速率随着应力比的增大而增大。在Paris公式中,参数C随应力比的增大而减小,参数m随应力比的增大而增大,并且m和lgC呈现线性关系。随应力比的增大,断口表面的河流花样增多、疲劳辉纹变浅、二次裂纹数量增加。结论应力比引起的裂纹尖端闭合效应和平面应力比变化是导致裂纹扩展速率发生改变的主要原因。

关键词：激光增材制造 TC4钛合金疲劳裂纹扩展应力比

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激光增材制造金属构件的缺陷控制研究进展

铸造 2024年第4期73卷 463-468页

作者：曹亮姚磊梁静静商连奇辽宁石油化工大学机械工程学院辽宁抚顺113001 中国科学院金属研究所师昌绪先进材料创新中心辽宁沈阳110016

介绍了激光增材制造原理、技术特点及其适用的金属材料体系,归纳了常见冶金缺陷的形成机制、影响因素,并从工艺参数优化和后处理两方面阐述了增材制造冶金缺陷处理的相关研究进展,明确了工艺参数优化与后处理优化的方向。最后对激光增... 详细信息

介绍了激光增材制造原理、技术特点及其适用的金属材料体系,归纳了常见冶金缺陷的形成机制、影响因素,并从工艺参数优化和后处理两方面阐述了增材制造冶金缺陷处理的相关研究进展,明确了工艺参数优化与后处理优化的方向。最后对激光增材制造未来的发展趋势和研究方向作出了展望。

关键词：激光增材制造金属构件冶金缺陷工艺参数后处理

激光增材制造与连接GH4169合金的热处理工艺研究

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热加工工艺 2024年第8期53卷 38-41,45页

作者：刘艳梅张英伟关峰赵兴旺沈阳飞机工业(集团)有限公司辽宁沈阳110034

采用激光增材制造技术制备了GH4169合金母材样品,并采用相同的工艺参数实现了母材的激光增材连接,检测了不同热处理状态下合金的拉伸性能,分析了性能改变的内在机理。结果表明:凭借激光增材制造技术热影响区小的优势,热处理前后母材与... 详细信息

采用激光增材制造技术制备了GH4169合金母材样品,并采用相同的工艺参数实现了母材的激光增材连接,检测了不同热处理状态下合金的拉伸性能,分析了性能改变的内在机理。结果表明:凭借激光增材制造技术热影响区小的优势,热处理前后母材与连接区域处微观组织的演变基本一致。沉积态合金呈典型的柱状晶组织,且二次枝晶并不发达,γ+Laves共晶相呈条带状和岛链状沿晶界分布;均匀化+固溶处理后Laves相发生分解并回溶入基体,并伴随着柱晶的粗化;当进行双重时效处理时Laves相的分布状态发生改变。不同热处理工艺试样的拉伸性能均高于同合金铸态指标,热处理对Laves相的含量和分布状态的改变是影响其强度和塑性的主要因素。

关键词： GH4169合金激光增材制造微观组织拉伸性能热处理工艺

激光增材制造无人机框梁结构拓扑优化设计及刚度分析

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精密成形工程 2024年第5期16卷 30-38页

作者：郝璐静原帅超王建峰段宇航占小红南京航空航天大学材料科学与技术学院南京211106

目的以选区激光熔化成形(SLM)无人机接头框梁结构为研究对象,研究不同工况条件下零件的变形分布情况,对原零件进行拓扑结构优化,并对优化后的零件进行二次静力学验证。方法以AlSi10Mg铝合金粉末为原材料,利用Ansys Workbench软件的Mecha... 详细信息

目的以选区激光熔化成形(SLM)无人机接头框梁结构为研究对象,研究不同工况条件下零件的变形分布情况,对原零件进行拓扑结构优化,并对优化后的零件进行二次静力学验证。方法以AlSi10Mg铝合金粉末为原材料,利用Ansys Workbench软件的Mechanical模块对SLM成形接头零件4种工况下的静力学刚度行为进行有限元仿真。采用变密度法进行拓扑优化,以刚度最大化为目标、保留质量40%为响应约束进行结构优化,根据拓扑优化密度云图设计孔洞位置及尺寸,对模型进行重构,并在Ansys Workbench软件中进行二次静力学刚度仿真。结果在4种工况条件下,接头零件弯曲时最大位移位置在上耳片边缘,除工况A外,其余工况均呈现沿z轴正向变形的趋势。在工况B下,总变形最大为0.289 mm,优化后为0.626 mm。优化后的零件使上、下耳片变形程度差异显著减小,最大变形差由0.128 mm减至0 mm。结论不同位置接头零件的变形演变规律不同,几乎不存在扭转变形,主要是框梁结构的竖直弯曲变形,经拓扑结构优化后零件变形总体趋势并未改变,但整体结构的稳定性和一致性得到了显著提高。

关键词：激光增材制造激光选区熔化静力学分析有限元模拟无人机