Junyi Wu 1,2Bo Zhang 2,*Weihua Wang 2,3Weipeng Li 1[ ... ]Ming Yan 1,4,**
作者单位
摘要
1 Department of Materials Science and Engineering, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055, Guangdong, China
2 Songshan Lake Materials Laboratory, Dongguan 523830, Guangdong, China
3 Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
4 Jiaxing Research Institute, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055, Guangdong, China
5 High Performance Computing Department, National Supercomputing Center, Shenzhen 518055, Guangdong, China
Ti-6Al-4V is a benchmark Ti alloy. Laser wire additive manufacturing (LWAM) offers advanced manufacturing capability to the alloy for applications possibly including exploration of outer space. As a typical multiple-variable process, LWAM is complex, which, however, can be analyzed, predicated or even optimized by artificial intelligence (AI) methods such as machine learning (ML). In this study, printing parameters of the Ti-6Al-4V is firstly optimized using single-track-single-layer experiments, and then single-track-multiple-layer samples are printed, whose properties in terms of hardness and compressive strength are analyzed subsequently by both experiments and ML. The two ML approaches, artificial neural network (ANN) and support vector machine (SVM), are employed to predict the experimental results, whose coefficients of determination R2 show good values. Further optimized properties are realized by adopting genetic algorithm (GA) and simulated annealing (SA) approaches, which contribute to high mechanical properties achieved, for instance, an engineering compressive strength of about 1694 MPa. The results here indicate that important mechanical properties of the LWAM-prepared Ti alloys can be well predicted and enhanced using suitable ML approaches.
laser technique laser wire additive manufacturing (LWAM) Ti-6Al-4V machine learning mechanical properties support vector machine (SVM) artificial neural network (ANN) 
中国激光
2024, 51(4): 0402305
张奇 1,2,*沈磊 2何博 1,2
作者单位
摘要
1 上海工程技术大学高温合金精密成型研究中心, 上海 201620
2 上海工程技术大学材料工程学院, 上海 201620
将选择性激光熔化和飞秒激光减材技术相结合已被认为是实现复杂和精细结构近净成形的有效工艺。在SLM工艺中, 由于熔池的运动和熔道的重叠, SLM成形件的表面具有一定的周期性结构, 这对后续飞秒激光减材影响很大。研究首先测量SLM 制备Ti-6Al-4V工件的表面结构, 设计飞秒激光减材试验。通过试验和二维数值模型, 研究了飞秒激光减材加工过程中表面形貌的演变, 预测表面粗糙度值。仿真结果与试验结果非常接近, 误差仅为7.63%。此外, 该模型还用于研究正负离焦位置的表面移动速度和加工深度: 负离焦位置的表面移动速度和加工深度均大于正离焦位置。该关系揭示了飞秒激光减材过程中表面粗糙度降低的机理。
增减材复合制造 表面形貌 飞秒激光 数值模拟 additive/subtractive hybrid manufacturing surface topography Ti-6Al-4V Ti-6Al-4V femtosecond laser numerical simulation 
应用激光
2023, 43(2): 56
作者单位
摘要
沈阳工业大学机械工程学院,辽宁 沈阳 110870
对TC4钛合金激光增材修复试样进行不同方向的组织、显微硬度及室温拉伸性能分析。结果表明:激光增材修复区为典型的网篮组织,增材高度方向增材区为细密的网篮组织,倾斜方向增材区的网篮组织内包含部分等轴α相,扫描方向试样由于热量累积少,散热快,且靠近结合区,由大量细长α板条以及部分针状α′组成。增材区显微硬度以扫描方向试样为最大,约为345 HV,比增材高度方向和倾斜方向试样高出4.1%;扫描方向试样结合区的显微硬度最高,达到362 HV。不同方向试样室温拉伸性能存在各向异性,扫描方向试样抗拉强度高,塑性略低,增材高度方向和倾斜方向试样抗拉强度低,塑性略高。断口均表现出韧性断裂。
激光增材修复 TC4钛合金 显微组织 显微硬度 室温拉伸性能 laser additive repair Ti-6Al-4V microstructure microhardness room-temperature tensile property 
应用激光
2023, 43(1): 45
作者单位
摘要
北京工商大学人工智能学院,北京 100048
探究间隔重熔工艺对三维打印Ti-6Al-4V(TC4)样件成形质量的影响。在大层厚(150 μm)成形提高样件成形效率的基础上,采取 “表面重熔+内部间隔重熔”的优化工艺方式,以达到改善大层厚成形样件内部缺陷的目的。试验结果表明:与未重熔的样件相比,间隔重熔、逐层重熔样件对于表面质量改善效果显著,且二者差异较小。进行间隔一层重熔的样件,抗拉强度增加97.84 MPa,屈服强度增加了45.96 MPa,延伸率增加0.9 %。从断口形貌看,间隔一层重熔样件除了孔洞数量略多于逐层重熔样件外,断裂特征均为河流状解理断裂及韧窝断裂,二者力学性能改善效果差异较小。研究同时发现:样件的显微组织与激光间隔重熔工艺方式有关,间隔一层重熔样件显微组织均匀致密,显微硬度最佳,达到442.1 HV0.3
激光技术 选区激光熔化 Ti-6Al-4V 激光重熔 表面质量 力学性能 成形效率 
激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0514009
刘畅 1,2陈昌荣 2,3王乾廷 1,2,4,*练国富 3[ ... ]戴继成 5
作者单位
摘要
1 福建工程学院材料科学与工程学院,福建 福州 350118
2 福建省精确成型制造工程研究中心,福建 福州 350118
3 福建工程学院机械与汽车工程学院,福建 福州 350118
4 福建省新材料制备与成型技术重点实验室,福建 福州 350118
5 海安橡胶集团股份公司,福建 莆田 351254
本文基于三周期极小曲面(TPMS)进行不同单元类型梯度孔隙率结构的优化设计,并进行静力学及粉末流体仿真,用于对比两种单元的应力集中程度和粉末流通能力。通过对比不同梯度孔隙率的两种单元发现,由于支柱设计类型不同,primitive单元相较于gyroid单元有着更优异的力学性能;5%梯度孔隙率(45%~50%)设计在两种单元中均有着最优的力学性能;相对于均匀孔隙率的gyroid单元多孔结构,5%梯度孔隙率primitive单元多孔结构的杨氏模量为7.34 GPa,仅提升了约3.93%,但其平均屈服强度可达到444.85 MPa,大幅提升约63.42%,平均抗压强度为606.57 MPa,提升了75.20%。本研究发现,屈服强度与有效支柱尺寸的相关性较强,抗压强度与应力集中程度的相关性较强。选择合适的多孔单元类型在与加载方向成45°夹角的位置进行孔隙率梯度调整,可使整体结构具有合适的孔径和支柱直径、优良的抗压能力、较小的应力集中程度以及较优异的粉末流通能力,最终可显著提升整体结构的力学性能。
激光技术 激光选区熔化 Ti-6Al-4V 多孔结构 梯度孔隙率 压缩力学性能 
中国激光
2022, 49(16): 1602010
作者单位
摘要
西南交通大学材料科学与工程学院,四川 成都 610031
为提高钛合金的耐磨性能,本课题组设计了一种Stellite6和Ti粉的复合合金粉末20% Stellite6+80% Ti,并通过预热和保温处理,在Ti-6Al-4V(TC4)基材上激光熔覆了与基材结合良好的熔覆层,然后对熔覆层的物相、显微组织、元素分布、晶粒尺寸、硬度和耐磨性进行了研究。结果表明:熔覆层中的主要物相为β-Ti和CrTi4固溶体,晶粒细小;在保温冷却过程中发生了相分离(β→β′+β);Co、Cr、W等原子的固溶强化、细小晶粒的细晶强化、第二相β′的弥散强化,使得熔覆层的硬度比基材提高了80 HV左右,磨损量减少了38%。
激光技术 Ti/Stellite6复合涂层 Ti-6Al-4V 硬度 耐磨性 
中国激光
2022, 49(11): 1103003
作者单位
摘要
兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室, 甘肃 兰州 730050
激光气体氮化工艺可在钛合金表面快速生成氮化层, 提高钛合金表面硬度和耐磨性, 促进钛合金应用。 采用光纤激光气体氮化Ti-6Al-4V合金, 为了明确氮化过程光谱发射区是否形成等离子体, 采用探针法检测了光谱发射区导电性; 为了研究工艺参数对光谱特性、 光谱发射区温度及等离子数量的影响, 采用光谱仪采集了氮化过程发射光谱, 并采用高速摄像拍摄了光谱发射区域照片。 试验表明, 光纤激光气体氮化Ti-6Al-4V合金过程中, 光谱发射区可以导电, 形成了金属蒸汽等离子体, 这与CO2激光气体氮化钛合金工艺过程中形成的氮等离子体完全不同。 采用光纤激光氮化Ti-6Al-4V钛合金工艺过程中, 工艺参数显著影响金属蒸汽等离子体的数量, 当激光功率较大, 扫描速度较小, 离焦量较小和氮气含量较高时, 光谱发射区可产生金属蒸汽等离子体。 氮化过程发射光谱由连续光谱和线状光谱组成, 连续光谱主要由热辐射产生, 连续光谱强度可以表征光谱发射区温度, 线状光谱主要由等离子区域原子核外电子跃迁产生, 线状光谱强度可以表征等离子体数量。 氮化过程, 随激光功率增大或扫描速度减小, 连续光谱和线状光谱增强, 表明光谱发射区温度升高, 等离子体数量增加; 随离焦量增大, 连续光谱和线状光谱呈先减小后增大之后又减小的复杂变化趋势, 表明光谱辐射区温度先降低后升高之后又降低, 等离子体数量先减少后增加之后又减少; 氮气中加入少量氩气, 可强烈影响氮化过程, 使连续光谱和线状光谱大幅减弱, 随氩气流量进一步增加, 线状光谱和连续光谱继续减弱, 表明氮气中加入少量氩气使光谱发射区温度大幅降低, 等离子体数量大幅减小, 随氩气量进一步增加, 光谱发射区温度继续降低, 等离子体数量继续减少。
工艺参数 光纤激光气体氮化 光谱发射特性 等离子体 Process parameter Fiber laer nitriding Ti-6Al-4V Spectral Emissions Characterization Plasma Ti-6Al-4V 
光谱学与光谱分析
2022, 42(3): 961
作者单位
摘要
1 西安交通大学金属材料强度国家重点实验室,陕西 西安 710049
2 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,陕西 西安 710054
选区激光熔化(SLM)成形的TC4样件强度高、塑性差、各向异性明显。对SLM TC4成形件进行固溶时效、循环退火、循环球化退火+固溶时效三种热处理,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验机对热处理所得成形件进行组织观察和性能测试。研究表明SLM TC4成形件微观组织由马氏体α′和马氏体α″组成,强度为1220 MPa左右,延伸率最高达13%;TC4成形件经热处理后板条α相粗化,有等轴α相产生,板条状α相长宽比降为5左右,固溶时效处理和循环球化退火+固溶时效处理的TC4成形件组织中产生二次α相;先950 ℃固溶1 h,之后550 ℃保温4 h,此条件下所得成形件的综合力学性能最好,其抗拉强度达到957.9 MPa,延伸率为17.6%,且所有拉伸性能指标的各向异性小于1.2%;循环球化退火+固溶时效处理的样件塑性很高,延伸率达18.3%,同时强度的各向异性不超过2%,固溶时效与循环球化退火+固溶时效处理后力学性能超过国家锻件标准。经过循环退火处理的TC4成形件强度损失较大,但塑性与另外两种热处理工艺相差不大。
激光技术 选区激光熔化 Ti-6Al-4V 热处理 微观组织 力学性能 各向异性 
中国激光
2022, 49(8): 0802009
作者单位
摘要
1 沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室, 辽宁 沈阳 110136
2 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所, 辽宁 沈阳 110035
以球磨TiB2和Ti-6Al-4V混合粉末为原料,采用选区激光熔化(SLM)技术制备了增强相为TiB的钛基复合材料,分析了B元素含量对SLM成形钛基复合材料显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:在SLM过程中,TiB2与Ti元素发生反应生成针状TiB增强相,B元素含量较高的试样中出现了针状增强相聚集的现象;由于B元素的存在,钛基复合材料中的α相明显细化;相比于传统的Ti-6Al-4V合金,TiB/Ti-6Al-4V复合材料的显微硬度、抗拉强度以及屈服强度均有明显改善。钛基复合材料优异的力学性能归因于TiB增强相的硬化、强化效应以及基体的晶粒细化。当B元素的质量分数为0.5%时,α片层的平均尺寸为0.49 μm,钛基复合材料的抗拉强度和屈服强度相比于Ti-6Al-4V分别提高了25.7%和30.8%,抗拉强度为1396.4 MPa,屈服强度为1322.2 MPa。
激光技术 选区激光熔化技术 TiB/Ti-6Al-4V复合材料 显微组织 力学性能 
中国激光
2021, 48(6): 0602102
作者单位
摘要
1 广西大学 机械工程学院, 南宁 530004
2 广东工业大学 机电工程学院, 广州 510006
3 广东汉邦激光科技有限公司, 中山 529437
激光选区熔化技术(SLM)因其具备高复杂结构制造能力而在医疗器械制造上展现着独特的优势。近年来, SLM在医疗器械制造上日趋活跃, 综述了基于激光选区熔化成形、应用于创伤外科医疗器械生产制造Ti-6Al-4V的研究现状。包括SLM成形Ti-6Al-4V的基础工艺、力学性能、细胞相容性三方面的研究进展, 同时举例了一些基于SLM成形Ti-6Al-4V医疗器械的应用及案例。最后针对基于此技术制造医疗器械研究存在的问题进行了总结。尽管SLM成形Ti-6Al-4V在医疗领域发展相对缓慢, 但现有的研究和潜力表明, 随着基础制造研究的不断深入和临床不断的实践, 创伤外科的精准治疗方案将无疑有望成为可能。
光学制造 激光选区熔化技术 医疗器械 optical fabrication selective laser melting Ti-6Al-4V Ti-6Al-4V medical devices 
激光技术
2020, 44(3): 288

关于本站 Cookie 的使用提示

中国光学期刊网使用基于 cookie 的技术来更好地为您提供各项服务,点击此处了解我们的隐私策略。 如您需继续使用本网站,请您授权我们使用本地 cookie 来保存部分信息。
全站搜索
您最值得信赖的光电行业旗舰网络服务平台!