当前目录 第51卷 第10期

周庆军 1,*严振宇 1张京京 1衣凤 2[ ... ]郭宁 3,4
作者单位
摘要
1 首都航天机械有限公司,北京 100076
2 北京科技大学新金属材料国家重点实验室,北京 100083
3 齐鲁工业大学(山东省科学院)机械工程学院,山东 济南 250353
4 山东省机械设计研究院,山东 济南 250031
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。
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 
中国激光
2024, 51(10): 1002303
马毅 1管迎春 1,2,*
作者单位
摘要
1 北京航空航天大学机械工程与自动化学院,北京 100083
2 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 100191
极端服役环境对空天等核心构件可靠性和集成性提出了严峻挑战。传统单一材料体系和制造工艺难以满足复杂性能需求。激光增材制造技术是实现异质金属结构-功能一体化的有效途径,但异质材料兼容问题(易诱发缺陷、加工参数响应不一等)限制了高质量异质界面的形成,这对制造装备与连接工艺提出了更高挑战。本文基于异质金属激光增材制造的最新研究进展,聚焦异质金属成型的关键问题及解决方案,回顾了近年来异质金属体系的发展及空天领域应用,从送粉方式、复合制造等方面介绍了激光增材装备的改进策略,总结了近年来激光增材技术在连接方式、参数调控、监测预测和前后端处理方面的研究进展,并针对这一技术的共性及难点问题给出了展望与思考。
激光技术 异质金属 空天应用 增材装备 增材制造工艺 
中国激光
2024, 51(10): 1002304
作者单位
摘要
南京理工大学机械工程学院,江苏 南京 210094
熔融生长的Al2O3-ZrO2共晶陶瓷具有优异的高温性能。采用激光粉末床熔融(LPBF)直接制备Al2O3-ZrO2共晶陶瓷,研究了不同激光功率下的单道形貌特征及块体表面质量、物相组成、微观组织结构的演变规律和力学性能。结果表明,激光功率的提升将增加熔池的长度和单沉积道的宽度。Al2O3-ZrO2共晶陶瓷的表面粗糙度(Ra)和气孔率均随着激光功率的增加先降低后升高。在没有添加Y2O3等稳定剂的条件下,Al2O3-ZrO2共晶陶瓷的物相主要包括α-Al2O3、m-ZrO2和亚稳相t-ZrO2。随着激光功率的增加,m-ZrO2逐渐减少,这是由于LPBF的快速冷却过程抑制了马氏体相变。样件的晶粒尺寸随着激光功率的增加呈增大趋势,晶界密度减小,因此测量的显微硬度和断裂韧性呈现下降的趋势。当激光功率为60 W时,得到硬度为Hv=17.19 GPa和断裂韧性为KIC=6.67 MPa·m1/2的最优力学性能样品。
激光技术 激光粉末床熔融 Al2O3-ZrO2共晶陶瓷 熔池 晶粒尺寸 断裂韧性 
中国激光
2024, 51(10): 1002316
作者单位
摘要
1 青岛理工大学山东增材制造工程技术研究中心,山东 青岛 266520
2 西北工业大学凝固技术国家重点实验室,陕西 西安 710072
3 沈阳航空航天大学机电工程学院,辽宁 沈阳 110136
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=1.562 μm),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=0.526 μm),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。
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 
中国激光
2024, 51(10): 1002318
冯恩昊 1陈蓉 2,3邸士雄 4周占伟 5[ ... ]林鑫 2,3
作者单位
摘要
1 西安高压电器研究院股份有限公司,陕西 西安 710077
2 凝固技术国家重点实验室,陕西 西安 710072
3 金属高性能增材制造与创新设计工业和信息化部重点实验室,陕西 西安 710072
4 中国航发湖南动力机械研究所,湖南 株洲 412002
5 北京卫星制造厂有限公司,北京 100094
6 巴黎高科国立高等工艺技术学院MSMP实验室,法国巴黎 51000
激光增材制造过程中的快速冷却,导致成形零件一般具有较高的残余应力与亚稳态结构。因此,优化热处理工艺对提高成形零件的使用性能至关重要。研究了选区激光熔化(SLM)TC4钛合金经不同热处理(退火、固溶、固溶时效)后的显微组织演化规律及拉伸性能特征。在实验过程中,首先对致密度优良的SLM TC4钛合金进行了不同制度的热处理,再分别对不同状态的样块进行宏观和微观结构、力学性能及断口组织的表征。实验结果表明,沉积态的SLM TC4钛合金显微组织主要为粗大的β相柱状晶,柱状晶内部为大量的、细小的α′相针状马氏体和α相板条间少量的β相颗粒。退火态α′相针状马氏体分解,重新形核长大为α相和β相。固溶态α相发生粗化后呈短棒状。固溶时效处理样品时,其显微组织为呈弥散分布的较均匀的(α+β)相,其中α相粗化为板条状,β相分布在α相周围。沉积态SLM TC4钛合金的强度最大,延伸率最低。沉积态和热处理态SLM TC4钛合金均没有织构。沉积态SLM TC4钛合金的抗拉强度为1238.75 MPa、屈服强度为1080.00 MPa、断后延伸率为8.85%。综合分析得到,三种热处理态SLM TC4钛合金的抗拉强度、屈服强度均有所下降,而断后延伸率有所提高。SLM TC4钛合金分别经过三种热处理后,其断裂方式从沉积态的韧性-脆性混合断裂转变为韧性断裂。
激光技术 热处理 TC4合金 选区激光熔化 微观组织 力学性能 
中国激光
2024, 51(10): 1002321
作者单位
摘要
1 南昌航空大学轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室,江西 南昌 330063
2 南昌航空大学工程训练中心,江西 南昌 330063
3 江西宝航新材料有限公司,江西 南昌 330200
采用激光选区熔化成形了Inconel 625合金试样,研究了激光功率和扫描速度对合金孔隙的影响,制备了存在大尺寸圆形孔隙缺陷(key-hole模式下)、小尺寸圆形孔隙缺陷(conduction模式下)和不规则孔隙缺陷的拉伸试样,通过815 ℃高温拉伸试验探讨了孔隙类型对合金抗拉强度及塑性的影响。结果表明:孔隙类型对合金815 ℃高温抗拉强度及塑性有较大影响。其中,不规则孔隙缺陷试样的高温抗拉强度为374 MPa,塑性为5%;大尺寸圆形孔隙缺陷试样的高温抗拉强度为364 MPa,塑性为31%;小尺寸圆形孔隙缺陷试样的高温抗拉强度为363 MPa,塑性为37%。当不规则孔隙向小尺寸圆形孔隙转变时,高温抗拉强度约降低3%;当大尺寸圆形孔隙向小尺寸圆形孔隙转变时,高温塑性约提升19%。在各类815 ℃高温拉伸试样断口纵截面中均发现了大量的沿晶界扩展的高温失塑裂纹,这是合金失塑的主要原因。孔隙缺陷处的位错塞积造成较大的应力集中,阻挡了位错滑移和合金的塑性变形,使合金更易发生断裂。
激光技术 激光选区熔化 Inconel 625合金 孔隙缺陷 高温失塑行为 
中国激光
2024, 51(10): 1002323

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