作者单位
摘要
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心,湖北 武汉 430074
2 北京星航机电装备有限公司,北京 100074
激光粉末床熔融(LPBF)是钴基高温合金复杂构件整体制造的理想方法。ECY768是一种性能优异的新型钴基高温合金,但目前LPBF成形ECY768合金的研究还十分匮乏。研究了LPBF成形ECY768钴基高温合金的冶金缺陷、显微组织和基础力学性能。结果表明:LPBF成形ECY768合金的冶金缺陷主要为气孔、未熔合和热裂纹;通过调整激光体能量密度等工艺参数,可实现无裂纹、高致密(孔隙率<0.5%)ECY768合金成形。LPBF成形ECY768合金的显微组织为以柱状晶为主的“柱状晶+等轴晶”混合组织,总体上呈一定的“〈0 0 1〉/构建方向”择优取向;晶粒内部具有细密的胞状亚晶结构,胞晶边界不仅分布有胞状位错网络,还分布有球状MC型和条带状M23C6型两类纳米级碳化物析出相。在优选工艺参数下,LPBF成形ECY768合金的屈服强度为1002 MPa(构建方向)/1267 MPa(垂直构建方向),远高于铸造或LPBF成形的其他主要钴基高温合金;延伸率为10.5%(构建方向)/13.3%(垂直构建方向),与铸造或LPBF成形的其他主要钴基高温合金基本相当。优良的致密度、细密的胞状亚晶结构、纳米碳化物的大量析出及其与位错网络的相互作用是LPBF成形ECY768合金具有优异力学性能的关键。
激光粉末床熔融 ECY768钴基高温合金 冶金缺陷 显微组织 力学性能 
激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0314004
作者单位
摘要
国营芜湖机械厂,安徽 芜湖 241007
针对0Cr16Ni6合金开展激光快速修复试验,利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM),观察分析所得接头的接头显微组织构成,利用显微硬度计检测接头硬度。研究表明:激光快速修复0Cr16Ni6合金接头分为基体、热影响区以及熔覆区;随着激光热输入的增加,热影响区组织形貌变化不大,与基体相似,由块状铁素体、奥氏体及其上析出的碳化物和少量板条状马氏体组成,且与熔覆区存在明显的分界线;熔覆区顶部区域组织分布均匀,主要为树枝晶,熔覆区中部呈现树枝晶向柱状枝晶过渡的趋势,熔覆区下部为柱状枝晶,枝晶尺寸随着激光热输入的增加而增大;熔覆区主要由基体γ相、强化相γ′和γ′′相及沿枝晶边界析出的白色不规则相δ和MC相等组成;随激光热输入的逐渐增加,热影响区宽度D和深度H的变动不大,仅存在±0.05 mm以内的微小波动;熔宽d和熔高h逐渐增加;熔覆区平均硬度值随单位时间内热输入量的增加,呈现先增加后减小的趋势,且各区域显微硬度值排序为熔覆区>基体>热影响区。
激光快速修复 显微组织 显微硬度 激光热输入 laser rapid repair 0Cr16Ni6 0Cr16Ni6 microstructures microhardness laser heat input 
应用激光
2023, 43(6): 0064
作者单位
摘要
1 陕西理工大学机械工程学院,陕西 汉中 723001
2 陕西省工业自动化重点实验室,陕西 汉中 723001
为研究重熔功率对Inconel 718镍基自润滑涂层组织与性能的影响规律,采用激光熔覆技术在27SiMn钢板材上制备Inconel 718熔覆涂层,选用三种不同的激光功率二次重熔熔覆试样。使用超景深显微镜观察熔覆层表面形貌及金相组织,使用显微硬度计检测熔覆层的显微硬度,使用销-盘式摩擦磨损试验机检验及评价熔覆层的摩擦磨损性能。结果表明,激光重熔后熔覆层的晶粒得到明显的细化,随着重熔功率的增加,熔覆层晶粒尺寸先减小后增大,重熔功率为1 260 W时,熔覆层顶部晶粒尺寸最均匀细小;重熔后熔覆层的硬度均有较大提高,相较未重熔试件硬度最高可提升22%;从磨损形貌来看,试样的磨损机理主要为磨粒磨损,经重熔后试样的摩擦系数及磨损失重均得到了明显的降低。分析摩擦磨损试验数据可知,重熔功率在1 260 W时,试件的耐磨性能最好。
重熔功率 Inconel 718涂层 耐磨性能 显微组织 硬度 remelting power Inconel 718 coating wear-resisting performance microstructure hardness 
应用激光
2023, 43(5): 0064
作者单位
摘要
新疆大学 机械工程学院,乌鲁木齐 830017
为了解决热作模具表面磨损并导致失效的问题,基于ANSYS APDL软件,采用数值模拟的方式在热作模具上施加高斯热源,并利用生死单元法将H13合金粉末进行熔覆。通过温度场和应力场对工艺参数进行优化选择,对优化后的工艺参数进行实验验证,并对涂层进行了性能检测。结果表明,所选参数范围内的模拟最优参数为激光功率1200 W,扫描速率12 mm/s,模拟结果与实际涂层的形貌和温度分布较为接近; 数值模拟中的热影响区以及结合区与实验制备的结果高度一致; 测量熔覆层的深度为0.13 mm,与模拟得到的深度为0 mm~0.2 mm相应证,进一步说明了模拟结果的可靠性; 熔覆层的硬度以及耐磨性得到极大的提升,分别是基体的3倍和28倍以上。此研究结果为强化和修复热作模具提供了参考。
激光技术 激光熔覆 数值模拟 温度分布 显微组织 性能分析 laser technique laser cladding numerical simulation temperature distribution microstructure performance analysis 
激光技术
2023, 47(4): 558
作者单位
摘要
1 燕山大学机械工程学院,河北 秦皇岛 066004
2 陆军工程大学石家庄校区火炮工程系,河北 石家庄 050003
激光选区熔化(SLM)成形316L不锈钢的内部残余应力是影响成形件力学性能的关键因素之一。考虑到重熔回火效应对残余应力的影响规律,笔者提出了成形件“层间激光重熔”的成形方式,针对性研究了层间重熔对SLM成形件内部残余应力的影响。利用有限元软件Abaqus建立成形过程的三维瞬态仿真模型,模拟了间隔1~10层重熔与未重熔成形件内部残余应力的变化规律,并通过实验研究了间隔2、5、10层重熔与未重熔成形件的内部残余应力、显微组织、表面形貌、抗拉强度、冲击韧性及显微硬度。结果表明:层间激光重熔在重熔层及其相邻层产生的回火效应有利于降低成形件内部的残余应力,使力学性能得到改善。当重熔间隔为2层时,成形件内部残余应力的测量值和模拟值分别较未重熔样件降低了77.1%和70.6%,同时成形件的抗拉强度达到702.99 MPa,相较于未重熔样件提高了6.2%;冲击吸收功达到209.5 J,相较于未重熔样件提高了11.97%;显微硬度达到391.8 HV,相较于未重熔样件提高了6.35%。分析认为,采用层间激光重熔方式可以显著降低成形件内部的残余应力,提高成形件的力学性能。
激光技术 激光选区熔化 层间激光重熔 316L不锈钢 内部残余应力 力学性能 显微组织 
中国激光
2023, 50(24): 2402302
作者单位
摘要
1 华中科技大学材料科学与工程学院,湖北 武汉 430074
2 广东省智能机器人研究院,广东 东莞 523830
3 上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室,上海 200240
7系铝合金以其优异的强度被广泛应用于航空航天、轨道交通等领域,但其在焊接时易产生缺陷且焊接接头力学性能下降严重。笔者通过添加Ti金属中间层,采用激光光束摆动焊接技术制备了7075铝合金接头,并对接头的显微组织和力学性能进行了系统研究。焊缝区域主要为α-Al相。Ti金属中间层在焊缝中反应生成了TiAl3相,细小且弥散的TiAl3相成为Al晶粒异质形核的基底,促进了晶粒细化。添加Ti中间层后,焊缝区域的组织为细小的等轴晶。添加的Ti中间层的厚度为0.03 mm时,焊缝等轴晶区晶粒的平均等效圆直径为3.34 μm,晶粒面积加权平均值为母材晶粒的1.7%,接头的平均抗拉强度最大,为(377.8±6.1)MPa,达到了母材强度的69%。添加0.02 mm厚Ti中间层时,接头断裂位置在熔合区和热影响区晶粒的晶界处;添加0.03 mm厚Ti中间层时,断裂位置在焊缝两侧的细等轴晶区;添加0.04 mm厚Ti中间层时,断裂位置在焊缝中部的Ti元素聚集区。
激光技术 激光摆动焊接 7075铝合金 TiAl3 显微组织 力学性能 
中国激光
2023, 50(24): 2402102
作者单位
摘要
1 山西大学自动化与软件学院,山西 太原 030006
2 西安航空职业技术学院航空高端制造工程研究中心,陕西 西安 710089
为改善熔覆层显微组织结构,强化42CrMo表面性能,基于42CrMo基材多道熔覆H13-TiC复合粉末,采用数值模拟与熔覆试验相结合的方式,探究不同熔覆功率下的温度对熔覆层显微组织和显微硬度的影响机理。基于材料性能的温变性构建激光熔覆模型,分析功率对熔覆层表面温度场以及残余应力场的影响机制。针对实验获得的H13-TiC复合熔覆层,采用扫描电镜分析其显微结构以及元素分布,研究TiC颗粒的形态分布与显微硬度之间的关系。结果表明:激光功率在2000 W增大至2850 W的过程中,第三条轨道熔覆状态下的温度峰值提升34.4%,2850 W时高达3471.53 ℃;轨道表面的残余应力呈现中间大两头小的分布规律。熔覆层内部TiC细小颗粒的数量随温度升高而逐渐增加,功率为2850 W时,TiC细小颗粒弥散较为均匀,TiC聚集区以外区域的显微硬度提升33%~50%。通过分析功率增大过程中轨道间温度场和残余应力场的变化规律,改善和提升了熔覆层显微组织结构和显微硬度,为激光熔覆技术在截齿材质42CrMo的应用方面提供了理论依据。
激光功率 温度场 残余应力场 熔覆层显微组织 熔覆层显微硬度 
激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2114001
作者单位
摘要
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心,湖北 武汉 430074
2 中国科学院金属研究所,辽宁 沈阳 110016
研究了激光粉末床熔融(LPBF)增材制造技术成形新型定向凝固镍基高温合金ZGH451的致密化行为、显微组织和凝固晶粒取向。结果表明:未熔合和凝固裂纹是主要冶金缺陷;通过增大激光功率、减小扫描间距和扫描速度,可以有效消除未熔合缺陷;在激光功率150 W、扫描层厚0.02 mm、扫描速度600~800 mm/s、扫描间距0.06~0.08 mm的工艺窗口内,可以获得无裂纹、高致密(致密度为99.9%)样品,其凝固组织主要由基本沿构建方向定向生长的柱状晶构成,具有典型的微细枝晶显微组织,一次枝晶间距小于1 μm,二次枝晶不发达。枝晶间存在TiC和TaC颗粒析出,未观察到明显的γ/γ'共晶。样品呈现出一定的定向凝固特性,[001]织构明显,但相邻熔道搭接区域内仍有复杂热流产生的大取向差柱晶。样品力学性能优异,其屈服强度与传统定向凝固工艺制备的第三代单晶高温合金相当。研究结果证实了采用LPBF技术成形定向凝固ZGH451镍基高温合金的可行性。
激光技术 激光粉末床熔融 定向凝固镍基高温合金 冶金缺陷 显微组织 
中国激光
2023, 50(24): 2402304
作者单位
摘要
1 福建工程学院晶界工程研究所,福建工程学院材料科学与工程学院,福州 350118
2 中材高新氮化物陶瓷有限公司,山东 淄博 255022
3 中材高新材料股份有限公司,北京 100021
由于较高的综合力学性能,氮化硅陶瓷球得到广泛的工程应用,但是极端工况下依然存在明显失效开裂现象。在一般氧化物烧结助剂的基础上添加少量过渡金属化合物能起到优化材料设计和进一步提高性能的作用,但是相关作用机理还未有明确探知。在添加Al2O3和Y2O3烧结助剂基础上,分别添加TiN、Fe3Si和WC等过渡金属化合物,并采用热等静压烧结方法制备了氮化硅陶瓷轴承球。采用X射线衍射检测其物相组成,采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究其组织结构特点,并使用纳米压痕法对其力学性能进行了研究。结果表明,添加TiN可有效抑制烧结过程中有害物相Si2N2O的生成;添加TiN和WC有利于烧结过程Al和O向氮化硅基体中扩散,形成了Sialon相;添加Fe3Si则不具有上述作用;添加TiN可获得晶粒尺寸细小均匀的β-Si3N4组织;添加Fe3Si会生成粗大β-Si3N4晶粒相互穿插桥接且其空隙填充细小β-Si3N4晶粒的烧结组织;添加WC则生成粗细晶共存的非均匀组织。与添加Fe3Si和WC相比,添加TiN的氮化硅陶瓷球具有更高的硬度和更大的弹性模量等更好的力学性能。
过渡金属化合物 氮化硅陶瓷轴承球 显微组织 晶界偏聚 transition metal compounds silicon nitride ceramic balls microstructure grain boundary segregation 
硅酸盐学报
2023, 51(6): 1490
作者单位
摘要
1 中南大学粉末冶金国家重点实验室,湖南 长沙 410083
2 中国航发四川燃气涡轮研究院,四川 成都 610500
3 湖南华曙高科技有限责任公司,湖南 长沙 410000
4 江西理工大学材料冶金化学学部,江西 赣州 341000
Cu-Al-Mn形状记忆合金(SMA)价格低廉并且形状记忆效应和力学性能优异,是一种有望实现大规模工业化应用的智能材料。笔者采用激光选区熔化(SLM)成形了在室温下具有形状记忆效应的Cu-Al-Mn合金,研究了SLM成形Cu-Al-Mn合金的显微组织、相变行为、力学性能及变形行为。结果表明:马氏体类型、有序度和可逆马氏体数量对合金的形状记忆效应具有决定性作用。随着激光功率由175 W增大到325 W,合金的有序度提高,γ1'(2H)含量逐渐增多,DSC曲线放热/吸热峰强度增大,参与马氏体相变的可逆马氏体数目增加,马氏体的择优取向增强,从而导致了合金单程形状记忆效应的改善和显微硬度的增大。同时,室温拉伸曲线上的应力诱发马氏体重取向平台的斜率增加,并且由175 W的不均匀局部变形扩展的变形方式转变为375 W的均匀变形;制备了具有近全致密(99.89%)、近100%单程形状记忆效应、约780 MPa抗拉强度的Cu-Al-Mn合金,为调控Cu-Al-Mn形状记忆合金的相变温度和力学性能提供了一种可行方法。
激光技术 激光选区熔化 Cu-Al-Mn形状记忆合金 显微组织 力学性能 
中国激光
2023, 50(16): 1602303

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