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叠层结构对碳纤维增强聚醚醚酮复合材料热成形性能的影响

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复合材料学报 2023年第6期40卷 3322-3330页

作者：张铁郑兵王旭康陈丹周华民李德群黄志高华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)在航空航天等领域有着日益广泛的应用。本文研究了叠层结构对CF/PEEK板材的力学性能和热成形性的影响,并讨论了相关机制。在同种工艺参数下设计并制造了6种不同叠层结构的板材,其力学性能和热成形... 详细信息

碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)在航空航天等领域有着日益广泛的应用。本文研究了叠层结构对CF/PEEK板材的力学性能和热成形性的影响,并讨论了相关机制。在同种工艺参数下设计并制造了6种不同叠层结构的板材,其力学性能和热成形性能分别通过0°和90°下的常温拉伸试验及320℃下的杯突试验来表征。实验结果表明正交叠层结构[0/90/0/0/90/0]的拉伸强度和热成形性能最好,而加入编织层或采用非正交叠层均使热成形性能有不同程度的下降,这是由于编织层为整个叠层结构中的薄弱项,而非正交结构在不同方向的拉伸强度差异较大,容易发生纤维-基体失效。

关键词：碳纤维聚醚醚酮复合材料叠层结构力学性能热成形性能

热处理对电弧熔丝增材制造核电用铁素体/马氏体钢微观组织与力学性能的影响

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焊接学报 2023年第10期44卷 18-26,I0003,I0004页

作者：周亚举尹圣铭夏永中易果强薛丽红严有为华中科技大学材料加工与模具技术国家重点实验室武汉430074 华中科技大学武汉430074

采用电弧熔丝增材制造(wire and arc additive manufacturing,WAAM)技术制备了低活化铁素体/马氏体钢(reduced activation ferrite/martensite steel,RAFM钢),通过光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等观察微观组织变化,通过... 详细信息

采用电弧熔丝增材制造(wire and arc additive manufacturing,WAAM)技术制备了低活化铁素体/马氏体钢(reduced activation ferrite/martensite steel,RAFM钢),通过光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等观察微观组织变化,通过拉伸试验进行力学性能测试,研究了热处理工艺对其微观组织和力学性能的影响.结果表明,打印态的RAFM钢微观组织为铁素体+回火马氏体的双相组织,平均晶粒尺寸约为1.51μm.经过热处理,RAFM钢的晶粒尺寸没有明显增长(1.84μm),并在微观组织中保留了高密度位错.此外,热处理后高数密度TiO2二次相纳米颗粒在基体中析出,并弥散分布在基体中,其尺寸在5~10 nm.热处理后的RAFM钢抗拉强度显著提高,断后伸长率略微下降,其室温抗拉强度为1080 MPa,在650℃下测试的抗拉强度仍可达285 MPa.创新点:(1)系统研究热处理对电弧熔丝增材制造低活化铁素体马氏体钢的相组成、晶粒尺寸、析出相的影响.(2)阐明热处理对电弧熔丝增材制造低活化铁素体马氏体钢力学性能的强化机制.

关键词：电弧熔丝增材制造低活化铁素体/马氏体钢热处理显微组织

计算辅助高性能增材制造铝合金开发的研究现状与展望

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金属学报 2023年第1期59卷 87-105页

作者：高建宝李志诚刘佳张金良宋波张利军中南大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074

增材制造技术为高强铝合金复杂零部件的制造带来了前所未有的机遇,但目前增材制造铝合金体系仍局限于可铸造和可焊接的Al-Si系合金,制约了高性能增材制造铝合金的快速发展。近年来,不同尺度的计算方法逐步用于辅助高性能增材制造铝合金... 详细信息

增材制造技术为高强铝合金复杂零部件的制造带来了前所未有的机遇,但目前增材制造铝合金体系仍局限于可铸造和可焊接的Al-Si系合金,制约了高性能增材制造铝合金的快速发展。近年来,不同尺度的计算方法逐步用于辅助高性能增材制造铝合金的开发。本文详细综述了国内外学者在计算辅助增材制造铝合金设计与制备领域的研究成果,列举了原子、介观和宏观尺度计算模拟及机器学习等计算方法辅助增材制造铝合金设计的代表性案例,分析了不同计算方法辅助合金设计的策略,并指出其不足。最后,针对如何推动多尺度计算在高性能增材制造铝合金开发中的应用进行了展望,并指出其发展方向。

关键词：增材制造铝合金计算热力学相场模拟机器学习集成计算材料工程多目标优化

电弧微铸锻复合增材制造GH4169D高温合金的显微组织与力学性能

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金属学报 2024年第5期60卷 681-690页

作者：曾立王桂兰张海鸥翟文正张勇张明波华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074 华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室武汉430074 中国航发北京航空材料研究院北京100095

GH4169D合金作为一种新型的高力学性能和高稳定性的镍基高温合金,在用于制造高性能复杂结构零件方面具有巨大应用价值,但该合金在电弧增材制造中表现出柱状晶粗大、力学性能各向异性等问题。本工作采用电弧微铸锻复合增材制造(hybrid ar... 详细信息

GH4169D合金作为一种新型的高力学性能和高稳定性的镍基高温合金,在用于制造高性能复杂结构零件方面具有巨大应用价值,但该合金在电弧增材制造中表现出柱状晶粗大、力学性能各向异性等问题。本工作采用电弧微铸锻复合增材制造(hybrid arc and micro-rolling additive manufacturing,HARAM)技术成形GH4169D高温合金试块,并制定多种热处理制度对所成形的试块进行热处理。运用OM、SEM、EBSD、EDS、XRD、TEM等手段以及室温拉伸实验对合金的微观组织和力学性能进行观测和分析,并与常规电弧熔丝增材制造(wire and arc additive manufacturing,WAAM)方法成形的GH4169D合金进行对比。结果表明,HARAM技术中同步轧制的“微锻”作用能有效地使合金原本粗大的柱状晶发生“破碎”。与常规WAAM方法相比,采用HARAM技术所成形合金的室温抗拉强度提高(X向提高48 MPa,Z向提高90 MPa),力学性能的各向异性得到有效抑制。均匀化+固溶+双时效热处理有效消除了HARAM技术成形合金中的Laves偏析相,并促进受“微锻”作用的合金组织发生再结晶,使晶粒比未热处理时更为细小均匀,合金的综合力学性能达到最优(抗拉强度和断后延伸率X向为1366 MPa和25.0%,Z向为1354 MPa和24.6%)。

关键词：增材制造电弧微铸锻 GH4169D高温合金热处理显微组织力学性能

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激光电弧增材铝合金点阵杆件的精度与性能

华中科技大学学报(自然科学版) 2022年

作者：郑博余圣甫唐论史玉升华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室

采用Box-Benhnken响应面分析法研究了激光参数对激光-电弧增材制造2319铝合金点阵杆件成形精度与性能的影响。实验因素为：激光功率、激光脉冲频率和激光占空比，响应指标为：杆件直径、杆件粗糙度和杆件抗拉强度。研究结果表明，激光...

采用Box-Benhnken响应面分析法研究了激光参数对激光-电弧增材制造2319铝合金点阵杆件成形精度与性能的影响。实验因素为：激光功率、激光脉冲频率和激光占空比，响应指标为：杆件直径、杆件粗糙度和杆件抗拉强度。研究结果表明，激光功率的变化对杆件直径的影响最显著，激光使电弧能量密度更为集中，导致杆件直径变大；激光功率的变化对杆件粗糙度的影响最大，合适的激光功率能够使熔滴具有良好的铺展性，获得粗糙度较小的杆件；激光脉冲频率对杆件抗拉强度的影响最大，脉冲激光增大了熔滴内部流速，能够减小铝合金内部气孔含量，提高杆件抗拉强度。基于对三个响应指标的综合评定，得出激光作用下所获得的最优杆件的参数为：激光功率为353 W，脉冲频率为60 Hz，占空比为34%，并在此工艺下成功制备出铝合金点阵结构，点阵杆件表面最大粗糙度为7.33 μm，内部气孔率较低为1.49%，抗拉强度达到218.62 MPa。

关键词：

铝合金用覆膜砂型(芯)界面背压测量方法的研究

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特种铸造及有色合金 2022年第8期42卷 966-970页

作者：万鹏殷亚军雍七贤计效园李远才周建新华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室

设计了一套对浇注时覆膜砂型(芯)界面背压测量的气体采集的试验装置,并对测量方法进行了优化。研究了浇注温度、覆膜砂发气性、金属液静压头高度、砂芯长度对测量结果的影响。结果表明,最大界面背压和峰压时间随着金属液浇注温度的上升... 详细信息

设计了一套对浇注时覆膜砂型(芯)界面背压测量的气体采集的试验装置,并对测量方法进行了优化。研究了浇注温度、覆膜砂发气性、金属液静压头高度、砂芯长度对测量结果的影响。结果表明,最大界面背压和峰压时间随着金属液浇注温度的上升而上升,随着覆膜砂发气量的增加而上升;金属液静压头高度不足时气体会以气泡的形式进入金属液从而降低界面背压;随着砂芯长度的增加,最大界面背压显著上升。其中砂芯长度对界面背压的影响大于覆膜砂发气性对界面背压的影响,可见对于气孔类缺陷来说,最关键的是铸件结构对其的影响,因此降低气孔类缺陷的最佳方案是设置合理的排气系统。

关键词：覆膜砂铝合金铸件界面背压导压管侵入性气孔

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金属增材制造材料设计专刊前言

金属学报 2023年第1期59卷 I0001-I0002页

作者：宋波华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074

增材制造被美国“America Makes”、欧盟“Horizon 2020”德国“工业 4.0”、《中国制造 2025》等战略计划列为提升国家竞争力、应对未来挑战亟需发展的先进制造技术。激光粉床(la-ser powder bed fusion,L-PBF)增材制造技术,主要包括... 详细信息

增材制造被美国“America Makes”、欧盟“Horizon 2020”德国“工业 4.0”、《中国制造 2025》等战略计划列为提升国家竞争力、应对未来挑战亟需发展的先进制造技术。激光粉床(la-ser powder bed fusion,L-PBF)增材制造技术,主要包括选区激光烧结(selective laser sintering,SLS)和选区激光熔化(selectivelaser melting,SLM),通过激光束将离散粉末逐层烧结/熔化并堆积成形,被公认为是解决个性、复杂构件整体成形难题的有效技术手段,成为国际学术界竞相发展的前沿热点。

关键词：先进制造技术选区激光烧结增材制造选区激光熔化激光束未来挑战前沿热点

基于Open Cascade的铸钢件冒口工艺三维模型设计

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特种铸造及有色合金 2022年第5期42卷 631-635页

作者：李胜民王志贤殷亚军周建新沈旭计效园华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室

基于Open Cascade的铸钢件冒口工艺三维模型设计,通过对铸钢件模数的求取,并根据不同冒口类型选择不同的冒口设计系统,实现了铸钢件冒口系统的快速设计。首先读取铸钢件三维模型,计算铸钢件的整体模数;然后选择不同的截取体类型,并通过... 详细信息

基于Open Cascade的铸钢件冒口工艺三维模型设计,通过对铸钢件模数的求取,并根据不同冒口类型选择不同的冒口设计系统,实现了铸钢件冒口系统的快速设计。首先读取铸钢件三维模型,计算铸钢件的整体模数;然后选择不同的截取体类型,并通过参数化的设计进行截取体的形状和位置的确定,进而求得铸件的局部模数;之后通过得到的局部模数和选择的冒口类型,自动建立冒口的三维模型;最后以实际铸钢件为例,说明该冒口设计系统的可行性。结果表明,该冒口设计系统可以提高冒口设计的效率,节约设计时间。

关键词： Open Cascade 冒口工艺设计模数法铸钢件

圆柱面点阵自生AlO铝合金粉芯丝材开发及应用

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航空学报 2022年

作者：唐论余圣甫郑博史玉升陈颖华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室

基于Al和NiO的冶金反应设计了圆柱面点阵电弧增材制造自生AlO铝合金粉芯丝材，进行了热分析；制备了直径1.2mm的自生AlO铝合金粉芯丝材，研究了其工艺性能，分析了自生AlO的尺寸、形貌，并测试了单元杆的热导率和强度；利用该粉芯丝材...

基于Al和NiO的冶金反应设计了圆柱面点阵电弧增材制造自生AlO铝合金粉芯丝材，进行了热分析；制备了直径1.2mm的自生AlO铝合金粉芯丝材，研究了其工艺性能，分析了自生AlO的尺寸、形貌，并测试了单元杆的热导率和强度；利用该粉芯丝材在直径157mm的圆柱面上成形了两层金字塔点阵结构。结果表明：Al和NiO冶金反应的最大反应速率温度为1038.9℃，能够在电弧增材制造条件下可靠进行；粉芯中含1.5%NiO的铝合金粉芯丝材在电弧增材制造中电弧稳定、熔滴呈均匀小颗粒过渡、过程平稳、飞溅率小于0.74%。研发的粉芯丝材成形点阵单元杆表面粗糙度小于10.40μm，自生成了大量的密排六方α-AlO，尺寸在50～300nm之间，与铝基体的界面结合良好；单元杆的热导率为103.68W/m·K，平均抗拉强度达到了288MPa；成形的圆柱面点阵单元杆直径误差在±0.1mm以内，倾角误差在±0.9°以内，具有较高的精度。在隔热实验中点阵测试件上下表面的温差超过400℃，具有良好的隔热性能。点阵测试件的抗压强度约65 MPa，压缩性能较稳定。

关键词：