1 浙江工业大学激光先进制造研究院， 浙江 杭州 310014
2 浙江省高端激光制造装备协同创新中心， 浙江 杭州 310014
利用功率为500 W的光纤激光器对晶态Ti47Cu38Zr7.5Fe2.5Sn2Si1Ag2合金基体进行了激光重熔实验，研究了不同工艺对熔池形貌及晶化的影响。结果表明，单道重熔的熔池内易获得非晶组织，且随着扫描速度减小，熔池形貌逐渐由球冠状向漏斗状转变。搭接重熔下，扫描宽度较大时重熔区内出现熔道搭接造成的热影响区晶化带; 扫描宽度较小时由于热累积效应显著，熔池展宽和扫描宽度接近，重熔区内基本为非晶态。面扫描过程中，由于热累积匙孔效应更突出，熔池熔深显著增大，熔池底部出现少量气孔。
激光技术 激光重熔 非晶合金 形貌 晶化
1 浙江工业大学激光先进制造研究院, 浙江 杭州 310014
2 浙江省高端激光制造装备协同创新中心, 浙江 杭州 310014
3 上海电气电站设备有限公司汽轮机厂, 上海 201199
通过对HT250灰铸铁进行激光重熔试验, 研究了不同气氛保护条件下试样重熔区气孔的产生机理。研究结果表明, 在氩气保护条件下, 重熔区中的气孔为析出性气孔;在开放条件下, 重熔区的气孔为析出性气孔和反应性气孔。在相同工艺参数下, 当扫描速度较低时, 开放条件下重熔区的气孔比氩气保护条件下的多; 当扫描速度较高时, 两种气氛保护条件下重熔区的气孔情况基本相同。当激光能量密度较低时, 灰铸铁内部气体的析出是重熔区气孔形成的主要原因。
激光技术 激光重熔 灰铸铁 气孔
1 浙江工业大学激光先进制造研究院, 浙江 杭州 310014
2 浙江省高端激光制造装备协同创新中心, 浙江 杭州 310014
拉深工艺是工业制造中使用极为广泛的一种成型工艺, 拉深过程中特别是在多次变形或变形量较大的冷拉深环节, 容易发生加工硬化现象, 一方面使得后续加工变得困难; 另一方面, 由于塑性和韧性的降低, 工件在变形过程中或变形一段时间后容易发生开裂。采用光纤耦合半导体激光器, 对发生加工硬化的304不锈钢容器器壁进行了激光软化处理, 研究了加工硬化区域材料在激光辐照这种非平衡条件下的组织相变与再结晶现象, 同时, 利用COMSOL软件对该工艺的温度场等进行了模拟。研究发现, 当所使用的激光参数使得扫描区域的最高温度在724 ℃至1 040 ℃之间时, 加工硬化区域的板条状马氏体均转变成奥氏体, 其中, 最高温度在724～850 ℃之间时, 材料硬度大幅降低并出现再结晶晶粒; 最高温度在950～1 040 ℃之间时, 组织发生完全再结晶, 硬度降低到未拉深之前的水平。
304不锈钢 加工硬化 激光选区软化 温度场模拟 304 stainless steel work hardening selective laser softening process temperature field simulation
西北工业大学 凝固技术国家重点实验室, 陕西 西安 710072
采用同步送粉方式激光立体成形Zr55Cu30Al10Ni5块体非晶合金, 研究了不同脉宽下(2.5, 5, 10 ms)激光立体成形块体非晶合金的晶化特征。实验结果表明, 3个试样熔覆层大部分为非晶态, 非晶基材上出现宽厚的晶化带, 而且熔池底部热影响区比熔池侧面热影响区晶化严重。由于粉末的氧含量比基材中的高, 5 ms和10 ms试样基材顶部晶粒团簇成片, 基材底部晶粒呈离散分布, 2.5 ms试样整个基材的晶粒为离散分布。单点能量密度一定时, 过长的脉宽可使热影响区的升降温速率减小, 晶化较严重。反之, 脉宽越短, 即使粉末氧含量较高, 晶化无明显恶化。
材料加工工程 非晶合金 晶化特征 激光脉宽 materials processing engineering metallic glass crystallization characteristic laser pulse duration
西北工业大学 凝固技术国家重点实验室, 陕西 西安 710072
采用脉冲激光重熔Zr55Cu30Al10Ni5块体非晶合金, 研究了脉冲激光频率对激光重熔块体非晶合金晶化行为的影响。实验结果表明, 对于给定的能量密度, 在脉冲频率低于一临界值时, 脉冲频率对晶化几乎没有影响。反之, 晶化程度随脉冲频率的增加迅速增加。采用有限元方法模拟了激光重熔非晶合金的温度场, 发现过高的脉冲激光频率会产生热累积效应, 进而对激光熔池热影响区的晶化行为产生重要影响。其中, 热累积效应的影响分为两种, 第一种是由于脉冲激光频率过高时, 受合金自身热扩散能力所限, 前后两个脉冲激光重熔所引起的熔池局域高温区发生重叠, 进而引起熔池局域过热。这种热累积效应只能靠降低频率来避免。第二种是试样周围的散热条件差, 在激光加工时使得材料整体升温而降低了冷却速度。这种热累积效应可以靠加强材料周围的散热来抑制。
激光技术 非晶合金 激光频率 热累积 laser technique metallic glass laser frequency heat accumulation
1 西北工业大学凝固技术国家重点实验室， 陕西 西安 710072
2 陕西省摩擦焊接工程技术重点实验室， 陕西 西安 710072
以商用纯锆为基材，采用激光立体成形技术分别沉积了单层和多层Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金，并对沉积层及其基体界面区域的成分和组织结构进行了分析。结果表明，沉积层主要由非晶构成，晶化程度随着沉积层数的增加无显著增加；沉积层的晶化主要存在于每一层的热影响区，近层间和道间搭接部分晶化最为严重，并且层间的晶化比道间的更显著；沉积层与基体的结合方式为冶金结合，在基体和沉积层间存在一薄层过渡区，其最大厚度仅为35 μm，基体的成分稀释主要发生在此过渡区，并在过渡区出现了局部外延枝晶生长。
材料 非晶合金 激光立体成形 过渡层
1 西北工业大学凝固技术国家重点实验室, 陕西 西安 710072
2 上海交通大学材料学院, 上海 200240
通过脉冲激光重熔Zr55All 0Ni5Cu30非晶合金和Zr65Al7.5Ni10Cu17.5非晶合金, 分析了具有不同玻璃形成能力的非晶合金热影响区晶化行为的差异。结果表明, 玻璃形成能力稍差的Zr65Al7.5Ni10Cu17.5非晶合金比玻璃形成能力强的Zr55All 0Ni5Cu30非晶合金热影响区晶化严重。激光重熔Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金4次后, 热影响区仅有稀疏的球状晶粒析出; 而激光重熔Zr65Al7.5Ni10Cu17.5非晶合金1次时, 热影响区布满球状晶粒, 激光重熔4次后, 晶化晶粒长大明显, 且在球状晶粒的内部呈现树枝状放射生长形态。激光重熔热影响区非晶合金的晶化行为与该合金的玻璃形成能力密切相关。玻璃形成能力越高, 越有利于保持热影响区的非晶状态。
激光技术 非晶 激光重熔 热影响区 晶化
1 西北工业大学 凝固技术国家重点实验室,陕西 西安 710072
2 上海交通大学 材料学院,上海 200240
研究了块体Zr55Al10Ni5Cu30非晶合金在脉冲激光重熔下的组织演化行为。激光熔凝区始终保持非晶结构,热影响区(HAZ)在激光能量密度大或者扫描速度慢时晶化倾向大,扫描速度≥15 mm/s时可避免晶化,但发生结构弛豫过程。热影响区非晶部分晶化时,晶化为内部具有层状共生生长结构的球状晶粒,晶化尺度为微米级,晶化相由四方相Zr2Cu及面心立方相Zr2Ni组成。熔池底部位置的热影响区较熔池靠近表面边缘晶化严重。熔池底部热影响区的晶粒尺寸随远离熔凝区逐渐变小,且晶粒内部的层数在热影响区呈现靠近熔凝区侧多于靠近基材侧的趋势。
激光技术 非晶 激光重熔 热影响区 晶化
