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激光定向能量沉积IN718/316L异质金属结构界面组织及力学性能研究

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机械工程学报 2024年第1期60卷 179-189页

作者：徐刚罗开玉鲁金忠江苏科技大学机械工程学院镇江212100 江苏大学机械工程学院镇江212013

针对IN718镍基合金和316L不锈钢异质金属连接形成的明显界面导致构件整体强度低的问题,采用激光定向能量沉积(Laser directed energy deposition, LDED)工艺制备了IN718和316L直接连接和梯度连接构件。采用扫描电子显微镜(Scanning elec... 详细信息

针对IN718镍基合金和316L不锈钢异质金属连接形成的明显界面导致构件整体强度低的问题,采用激光定向能量沉积(Laser directed energy deposition, LDED)工艺制备了IN718和316L直接连接和梯度连接构件。采用扫描电子显微镜(Scanning electronmicroscope,SEM)和电子背散射衍射(Electron backscattered diffraction,EBSD)观测了异质金属直接连接和梯度连接构件的界面处微观组织分布。此外,采用数字图像相关法(Digital image correlation, DIC)原位拉伸技术研究了IN718/316L异质金属直接连接和梯度连接构件的整体强度,以及拉伸过程中界面处的应变规律。结果表明,IN718/316L直接连接构件存在明显界面,界面处微观组织分布存在较大差异;从IN718端至316L端,Fe等元素含量明显升高, Ni和Nb等元素含量明显降低。IN718/316L梯度连接构件无明显的连接界面,沿梯度方向,微观组织由胞状晶向柱状树枝晶转变。抗拉强度与直接连接构件相比提高了约28.77%。采用异质金属梯度连接可有效消除异质金属间的明显界面,实现元素分布渐变,明显提升异质金属的抗拉强度。

关键词：激光定向能量沉积 IN718/316L 功能梯度材料拉伸性能显微组织

激光定向能量沉积多尺度TiN强化Ti6Al4V复合材料微观组织及耐磨性研究

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激光与光电子学进展 2024年

作者：陈思宇雷剑波杨光张莹赵万辉王涛中国民航大学航空工程学院天津工业大学激光技术研究所吉林大学仪器科学与电气工程学院

为提升航空发动机钛合金叶片叶尖耐磨性，采用激光定向能量沉积技术制备了微米TiN/Ti6Al4V、纳米TiN/Ti6Al4V和微米/纳米TiN/Ti6Al4V三种复合材料。微米TiN部分熔化，分布在Ti6Al4V基体中实现颗粒弥散强化，纳米TiN完全溶解，固溶在Ti6A... 详细信息

为提升航空发动机钛合金叶片叶尖耐磨性，采用激光定向能量沉积技术制备了微米TiN/Ti6Al4V、纳米TiN/Ti6Al4V和微米/纳米TiN/Ti6Al4V三种复合材料。微米TiN部分熔化，分布在Ti6Al4V基体中实现颗粒弥散强化，纳米TiN完全溶解，固溶在Ti6Al4V基体组织中，实现固溶强化。随着熔池温度和N元素含量变化，纳米TiN/Ti6Al4V和微米/纳米TiN/Ti6Al4V组织中生成初生和共晶Tix N相，呈现树枝状、花瓣状和晶须状微观结构，促进晶粒细化。微米、微米/纳米和纳米TiN/Ti6Al4V复合材料的显微硬度分别为510 HV0.2、565 HV0.2和604HV0.2，磨损量分别为7.8mg、6.9mg和5.3 mg。与Ti6Al4V相比，显微硬度分别提升了19.4%、32.1%和41.5%，磨损量分别降低了13.3%、23.3%和41.1%，纳米TiN/Ti6Al4V表现出最高的显微硬度和最佳的耐磨性。

关键词：激光定向能量沉积陶瓷强化微观组织摩擦磨损

激光定向能量沉积15-5PH不锈钢微观组织和性能

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激光与光电子学进展 2024年

作者：吴梦园杨季鑫胡晓圻蔡明晖农晓东王瑞毕云杰东北大学材料科学与工程学院季华实验室新型增材制造研究院

本文采用激光定向能量沉积(Laser-directed energy deposition, L-DED)工艺成形15-5PH马氏体不锈钢，并对其不同方向的微观组织和性能进行了系统研究。结果表明：激光定向能量沉积15-5PH微观组织主要由马氏体相和少量奥氏体相组成。成... 详细信息

本文采用激光定向能量沉积(Laser-directed energy deposition, L-DED)工艺成形15-5PH马氏体不锈钢，并对其不同方向的微观组织和性能进行了系统研究。结果表明：激光定向能量沉积15-5PH微观组织主要由马氏体相和少量奥氏体相组成。成形过程中极快的加热和冷却速率，使得沿沉积方向晶粒形貌主要为外延生长的柱状晶；不同区域平行于扫描方向的组织有明显区别，中部区域经历了长时间的热量累积，与顶部和底部相比组织较为粗大。不同成形方向显微组织的变化导致力学性能呈现各向异性，沿沉积方向和平行于扫描方向的抗拉强度分别为1000 MPa和1014 MPa、屈服强度分别为756 MPa和883 MPa、伸长率分别为8.7%和7.4%。

关键词：激光光学激光定向能量沉积 15-5PH不锈钢组织演变力学性能

激光定向能量沉积Inconel 718合金高频窄脉冲电化学后处理行为研究

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中国激光 2024年第10期 263-274页

作者：耿建峰吴琳郭鹏飞王慧君林鑫张宇锋杨光黄卫东青岛理工大学山东增材制造工程技术研究中心西北工业大学凝固技术国家重点实验室沈阳航空航天大学机电工程学院

高频窄脉冲电解加工技术能有效提高加工精度和表面质量，在镍基高温合金等难加工金属材料的精密制造方面有着广泛的应用。然而，对于微观组织极不均匀的激光定向能量沉积构件，其加工质量尚不清晰，尤其是采用无水电解液时。以激光定向... 详细信息

高频窄脉冲电解加工技术能有效提高加工精度和表面质量，在镍基高温合金等难加工金属材料的精密制造方面有着广泛的应用。然而，对于微观组织极不均匀的激光定向能量沉积构件，其加工质量尚不清晰，尤其是采用无水电解液时。以激光定向能量沉积Inconel 718合金为研究对象，采用频率为30～100 kHz、占空比为30%～80%的高频窄脉冲电流以及饱和NaCl乙二醇电解液进行射流电解加工实验。结果表明：沉积态Inconel 718合金组织由γ基体相、Nb偏析区与枝晶间相（主要为γ/Laves共晶相）组成；在10.50 A/cm2的电流密度下，加工区表面粗糙度随脉冲频率的增加而增大，且脉冲频率为30 kHz时表面粗糙度最小（Ra=1.562μm），加工精度最高；表面粗糙度随占空比的增加先减小后增大，占空比为50%时表面粗糙度最小，占空比为60%时加工精度最高；而在直流模式下，表面粗糙度随电流密度的增大而降低，且电流密度为10.50 A/cm2时，表面质量最优（Ra=0.526μm），这是由于高电流密度更容易诱导表面“过饱和盐膜”的形成，从而有效抑制选择性溶解，降低表面粗糙度。但在加工精度方面，高频窄脉冲电流模式的加工定域性较好。最后，基于“盐膜”理论和双电层模型，揭示了高频窄脉冲电流模式下沉积态Inconel 718合金的微区阳极溶解机理，为提高激光增材制造镍基高温合金射流电解加工表面质量提供了理论支撑和实验依据。

关键词：激光技术激光定向能量沉积 Inconel 718镍基高温合金射流电解加工表面完整性加工精度

不同热处理对激光定向能量沉积制造TC4钛合金组织和拉伸性能的影响

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机械工程学报 2024年

作者：荣鹏成靖邓鸿文陶常安高川云冉先喆程序汤海波刘栋航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司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煜鼎增材制造研究院有限公司

激光定向能量沉积技术(Directed energy deposition, DED)是一种逐点逐层熔化沉积从而直接制造致密金属零件的高性能加工成形技术。由于其制造的TC4钛合金的显微组织与传统锻件有很大的不同，选用合适的热处理工艺是改善其力学性能的关... 详细信息

激光定向能量沉积技术(Directed energy deposition, DED)是一种逐点逐层熔化沉积从而直接制造致密金属零件的高性能加工成形技术。由于其制造的TC4钛合金的显微组织与传统锻件有很大的不同，选用合适的热处理工艺是改善其力学性能的关键。因此，研究了三种不同热处理制度对DED制造TC4钛合金对成形构件晶粒形貌、显微组织和室温以及高温拉伸性能的影响。研究结果表明，经过600℃和800℃退火处理后，α片层均出现不同程度的粗化，且α相含量略微提高，经975℃双重退火处理后生成了部分等轴α相，室温拉伸塑性得到改善，与800℃退火处理试样相比，横向面缩率增加了约26.1%。在400℃高温拉伸时，975℃双重退火后的合金具有最高的横向平均高温断后伸长率，表现出优异的高温强度-塑性匹配。

关键词：增材制造激光定向能量沉积 Ti-6Al-4V 显微组织室温性能高温性能

航天运载器大型金属构件激光定向能量沉积研究及应用进展（特邀）

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中国激光 2024年第10期 33-55页

作者：周庆军严振宇张京京衣凤董鹏谢勇王福德郭宁首都航天机械有限公司北京科技大学新金属材料国家重点实验室齐鲁工业大学(山东省科学院)机械工程学院山东省机械设计研究院

激光定向能量沉积（LDED）增材制造技术由于成形效率高、材料送进方式灵活、成形自由度高等特点，非常契合当前及未来航天装备结构大型化、整体化、轻量化、高精度的发展趋势，并已在运载火箭、载人飞船、火箭发动机等领域实现牵引性应... 详细信息

激光定向能量沉积（LDED）增材制造技术由于成形效率高、材料送进方式灵活、成形自由度高等特点，非常契合当前及未来航天装备结构大型化、整体化、轻量化、高精度的发展趋势，并已在运载火箭、载人飞船、火箭发动机等领域实现牵引性应用。总结当前铝合金及其复合材料、钛合金及其复合材料、镍基高温合金及其复合材料等3类航天装备结构主体材料的LDED研究现状，在此基础上，梳理出LDED工艺的发展方向及研究进展。重点介绍航天装备主承力结构、异质合金一体化结构、集成流道整体化结构等3类典型结构LDED制造难点、研制及应用进展。最后，对LDED增材制造技术材料、工艺及装备等的发展方向进行了展望。

关键词：激光技术增材制造激光定向能量沉积金属材料大型构件航天运载器

基于DPM-VOF方法的AlCoCrFeNi高熵合金同轴送粉激光定向能量沉积过程数值模拟

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中国激光 2024年

作者：马广义王宏宇马世勇邸腾达牛方勇吴东江大连理工大学高性能精密制造国家重点实验室

激光定向能量沉积技术是最具代表性的增材制造技术之一，现阶段，部分激光定向能量沉积构件，特别是高熵合金构件中仍存在气孔、开裂、变形、脆性相析出等问题，揭示高熵合金的成形机理对于其宏观缺陷和微观组织的调控具有重大意义。然... 详细信息

激光定向能量沉积技术是最具代表性的增材制造技术之一，现阶段，部分激光定向能量沉积构件，特别是高熵合金构件中仍存在气孔、开裂、变形、脆性相析出等问题，揭示高熵合金的成形机理对于其宏观缺陷和微观组织的调控具有重大意义。然而激光定向能量沉积过程伴随着复杂的理化现象，使用实验手段难以很好地研究其中机理，为了进一步揭示高熵合金的成形机理，本文基于拉格朗日离散相模型(DPM)和流体体积分数模型(VOF)的耦合方法以及自适应激光体热源模型，建立了AlCoCrFeNi高熵合金激光定向能量沉积过程的数值模型，并通过实验结果进行了验证。结果表明，激光定向能量沉积过程中熔池主要受到重力、Marangoni力和颗粒冲击作用的影响，其中颗粒的间断冲击打断了熔池中心的对流模式，对熔池内流场和温度场的分布具有不可忽略的影响。此外，激光定向能量沉积AlCoCrFeNi薄壁样件自底部到顶部的微观组织发生了柱状晶到等轴晶的转变(CET)，根据模拟结果，成形过程中熔池后沿固液界面上的平均G/R值从第一层的5.16×109降低到第四层的1.06×109，是样件发生CET转变的主要原因。

关键词：激光定向能量沉积高熵合金同轴送粉数值模拟

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激光定向能量沉积承压设备鉴定方法研究

现代制造技术与装备 2024年第2期60卷 149-153页

作者：裴泽宇张中标段绪星陈青任维泽赵子锐中国核动力研究设计院成都610213

增材制造技术以其快速熔化、从下到上、层层堆叠的技术特点,在复杂异形结构与一体化成形等方面具备突出优势。该技术还具有成型效率快、材料利用率高等特点,在核能领域有着极大的发展潜力。但是,目前缺少增材制造成品鉴定方法,阻碍了其... 详细信息

增材制造技术以其快速熔化、从下到上、层层堆叠的技术特点,在复杂异形结构与一体化成形等方面具备突出优势。该技术还具有成型效率快、材料利用率高等特点,在核能领域有着极大的发展潜力。但是,目前缺少增材制造成品鉴定方法,阻碍了其在各个领域的进一步应用。基于此,以某堆形回路干式过滤罐为对象,研究系统性的产品全流程鉴定方法,形成面向核能领域的增材制造鉴定流程。

关键词：激光定向能量沉积增材制造承压设备质量检测

基于边缘梯度搜索的激光定向能量沉积熔池尺寸提取方法

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材料导报 2024年第2期38卷 213-219页

作者：苗立国邢飞史建军柴媛欣闫成鑫卞宏友孙海江沈阳工业大学机械工程学院沈阳110000 南京中科煜宸激光技术有限公司南京210038

针对激光定向能量沉积过程中存在熔池弱边缘导致熔池宽度难以准确提取的问题,本工作基于熔池边缘灰度梯度变化差异,提出了一种基于边缘梯度搜索模型的熔池宽度提取方法。为了得到精确的熔池尺寸,首先基于数学形态学的方法对熔池图像进... 详细信息

针对激光定向能量沉积过程中存在熔池弱边缘导致熔池宽度难以准确提取的问题,本工作基于熔池边缘灰度梯度变化差异,提出了一种基于边缘梯度搜索模型的熔池宽度提取方法。为了得到精确的熔池尺寸,首先基于数学形态学的方法对熔池图像进行预处理得到粗定位边缘,然后通过试验确定弱边缘梯度阈值,最后采用边缘梯度搜索模型对粗定位边缘进一步分割得到精分割边缘,使用椭圆拟合法进行边缘拟合得到熔池宽度,试验结果表明该方法具有良好的熔池宽度检测精度。

关键词：激光定向能量沉积边缘提取边缘梯度搜索椭圆拟合