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先进材料的激光定向能量沉积(2)
来源:Laser-based directed e,Materials Science and Eng,对于Ti6Al4V的AM,据报道,在魏氏组织中排列的细针状马氏体α相(即α’)提供了。
同时兼顾了延性降低,因此,为了提高沉积零件的延展性,需要进行后处理热处理,根据不同的微观结构,报告并解释了DED-LB、PBF-EB、铸造和锻造。
与锻造合金相比,经DED LB处理的合金的较短疲劳寿命与微观结构和,建议优化DED-LB工艺参数,以减少缺陷并提高力学性能,金属间化合物,特别是铁、钛或镍铝化物等金属铝化物,结合了高熔点、高温高强度、低密度和良好的抗氧化性,传统上。
金属间化合物通过铸造、粉末冶金或热挤压进行加工,然而,这些制造工艺成本高昂,可能会产生高收缩率和粗糙微观结构的脆性零件,不允许进行冷加工或减法加工等后处理,因此限制了其应用,最近的研究表明。
电火花沉积有可能用于制造高质量的金属间化合物,特别是铁铝化物,Karczewski等人研究了由含16 wt%铝的,并通过DED-LB制造,壁厚的变化直接影响熔体池的表观冷却速率,从而在沉积态材料中形成不同的晶体结构,尽管冷却速率很高,但微观结构的特征是沿构建方向具有数百微米量级的细长。
这一结果与铁(28%)铝的DED-LB的其他研究一,参考文献:Additive manufacturi,Complexity,2019 (2019),pp。
1-30,10.1155/2019/9656938,迄今为止,对钴基合金的电火花放电进行的研究相对有限,重点是CoCrMo和CoCrW合金,CoCrMo合金的性能由应用的热处理以及碳化物沉淀,采用实验设计(DOE)方法研究了热处理和工艺参数对。
该小组已经表明,时效时间对显微硬度的影响最为显著,DED-LB CoCrMo具有与沉积态变形合金相当,重熔区的SEM照片,图7a显示了DED-LB双峰Ti6.5Al3.5M。
报告了这种α+β合金的DED-LB工艺参数、微观结,沉积过程导致大柱状和等轴晶粒交替分布的混合晶粒形态,由于热影响带(HAB),观察到疲劳裂纹扩展速率的周期性波动,见图7b。
裂纹扩展速率在HAB处减速,在通过HAB后立即加速,然后再次下降,减速和加速的建议机制基于HAB及其相邻区域中断裂特,将铝合金的良好特性与自动制造中的零件设计自由相结合,引起了人们对铝合金自动制造的极大兴趣。
不过,由于高表面反射率和导热性以及与AM相关的高冷却速率,大多数铝合金的激光AM提出了一些重大挑战,导致铝合金中形成孔隙和热裂纹,铝固有的高表面反射率要求应用更高的激光功率,以允许足够的能量吸收,并促进沉积铝粉的完全熔化。
由于低沸点合金元素的蒸发,这种增加的激光功率可能导致沉积合金中出现气孔,Svetlizky等人利用DED-LB沉积预合金气,并表征了沉积合金的微观结构和机械性能,5xxx系列基于铝-镁,不可时效硬化。
它结合了中高强度、良好的焊接性和在海军环境中的良好,Svetlizky等人报告,由于元素蒸发,镁浓度降低了35%,在退火(O)条件下,将沉积态合金的化学成分和机械性能与锻造Al 575。
最大相对密度为99.26%(图8a),2.7 钴基合金,图9 (a)应用沉积策略(增加 激光功率时的单向、,(b)室温和高温(650°C)下锻造和沉积态Inc,(c) Inconel 718合金的高沉积速率(2,(d)不同热处理对DED-LB铬镍铁合金718力学,钛(Ti)合金因其高比强度、优异的耐腐蚀性、高断裂,在航空航天、汽车、海军和生物医学应用中具有重要意义。
然而,钛及其合金的机械加工性能较差,导热系数较低,由于其杨氏模量较低,屈服强度较高,因此比其他合金更难进行冷加工,此外。
钛合金的机械加工性能较差,对氧的亲和力很高,自然,钛合金通过传统技术制造具有挑战性,因此。
钛基合金的AM得到了广泛的研究和实施,生产出复杂、复杂的几何形状和高精度的小尺寸,这在铸造或铣削中是不可能的,一些研究调查了主要工艺参数对DED-AlSi10M,Gao等人证明了激光扫描速度对AlSi10Mg的孔。
结果表明,在相似的工艺参数下,激光扫描速度的增加导致沉积密度增加、微观组织细化、,这一结论与其他关于AlSi10Mg合金电火花放电的,图7 DED沉积的钛基合金。
(a) DED-LB Ti6.5Al3.5Mo1.,(b) 研究了沉积态Ti6.5Al3.5Mo1.5,(c)在DED-LB Ti15Mo中通过卫星成核的,锻造(a,b)和EBM(c,d)样品中总氢强度(a。
c)和氢化钛强度(b,d)的ToF-SIMS图像映射,(a,b)显示整个横截面,而(c,d)显示横截面的上侧。
较亮的区域表示氢的信号(浓度)较高,许多研究小组研究了应用电沉积工艺参数对沉积态铬镍铁,Zhong等人研究了加工参数(如激光功率、激光扫描,观察到沉积路径和激光功率对沉积态Inconel 7,随着沉积过程中扫描路径和施加的激光能量顺序的改变,枝晶生长形态和结晶取向的变化归因于沿熔池的垂直和水。
激光功率的增加导致细长、排列的柱状晶粒结构,从而导致外延晶粒生长,这种现象可以解释为激光功率的增加影响了热梯度和熔池,从而导致几乎垂直的热通量,基于实验结果,Liu等人报告了随着单壁沉积层高度的增加,非线性熔池温度分布。
此外,还研究了激光功率和扫描速度对熔池温度分布的影响,传统加工的铝及其合金在工业上仅次于钢,因为其密度低、比强度高、延展性高、在零下温度下的韧,它们在各种应用中发挥着重要作用。
包括飞机机身、机翼、机翼、锻造发动机活塞、燃料电池,Wang等人研究了在DED-LB过程中用Sc和Zr,Zr)沉淀机制和由此产生的机械性能的影响,沉积的AlMgScZr合金的微观结构受空气和水冷却,在空气冷却和水冷却时,分别报告了同质等轴晶粒和异质晶粒结构。
与风冷合金相比,水冷样品在时效后的屈服强度增加了两倍,这种增加是由于水冷合金中Al3(Sc,Zr)相的严重沉淀,析出第二相的增加也影响显微硬度,结果表明。
水冷合金的较高显微硬度和析出相的加入增加了时效热处,SMAs是经过固-固相变的金属材料,由适当的温度或应力变化引起,在此期间,它们可以恢复永久应变,这些合金包括NiTi、NiTiCu和CuAlNi等。
SMA受益于形状记忆效应(SME)、超弹性、高强度,SMA的独特特性所带来的优势(普通金属无法显示)已,如医疗设备(如心血管、牙科和矫形设备以及外科工具),迄今为止,NiTi(镍钛诺)在接近Ni/Ti等原子比的情况下,由于其独特的功能特性组合,被认为是最常用的形状记忆合金。
这使其能够通过热活化或卸载来恢复相对较大的应变(高,本综述重点介绍了通过微分方程的材料设计,包括对各种单片和多材料成分的调查,本文为第二部分,在处理基于激光的铝沉积时。
残余应力也是一个挑战,铝的高热膨胀系数使其在固有重复热循环期间极易收缩、,由于密度低,铝的粉末流动性较差,影响了吹塑粉末质量流量(PMFR)的稳定性,从而影响了沉积物的质量。
铝的高吸湿性和表面氧化是阻碍铝合金良好激光沉积的额,由于上述挑战,仅使用电沉积方法沉积了有限的铝合金成分,主要集中在AlSi和AlSi10Mg合金,这是由于其独特的性能,例如出色的激光吸收、高耐腐蚀性、良好的焊接性以及良。
他们广泛研究的另一个原因是硅含量高,硅的加入增强了熔池的润湿性,降低了熔化温度,降低了凝固过程中的收缩和开裂敏感性,并提高了耐蚀性,据报道,微结构形貌随与基板的垂直沉积距离而变化,结果表明。
沉积态铝合金的微观结构由沿构建方向的三种不同形态组,从靠近基板的细胞状转变为中心的柱状树枝状,最后在顶部边缘附近等轴,这一现象归因于随着建筑高度的增加,冷却速率下降,Wang等人使用等原子比的Ni和Ti粉末元素混合物。
得出的结论是,使用元素Ni和Ti粉末通过PBF-LB和PBF-E,因为镍和Ti成分之间存在强烈的放热反应,导致微观结构不均匀性、小孔和LoF缺陷,然而。
DED-LB成功沉积了致密的NiTi样品,相邻沉积层之间具有良好的融合和适当的相变(图10a,凝固过程中形成大量不需要的Ti2Ni脆性金属间化合,观察到Ni蒸发改变了最终合金的化学成分,高激光功率被用于DED LB工艺Ti6Al4V,导致较低的延展性、相当的抗拉强度和断裂韧性,PBF EB处理合金的疲劳裂纹扩展(FCG)阈值相,更高的激光功率导致了在DED-LB过程中具有更高F。
与球磨退火合金相比,经二次弯曲处理的Ti6Al4V合金表现出改善的低周,这些差异归因于在DED-LB合金中获得的独特层状微,结果表明,α相形态控制着DED-LB合金的FCG阈值,这归因于这样一个事实。
即利用高激光功率会导致较粗的α形态,进而导致FCG阈值增加,中间区域FCG率较低,与锻造合金相比,多孔性被认为是导致DED LB处理的Ti6Al4V,2.4 钛合金,与AlSi和AlSi10Mg合金相比。
Al 7xxx系列具有优异的机械性能,不过Al 7xxx系列的AM仍然是一个挑战,选择性蒸发低沸点元素,如锌、铜和镁,这些合金中的主要合金元素,可能会导致气孔,从而降低沉积合金的机械性能。
Singh等人评估了al 7050的DED-LB电,结果表明,沉积后,Mg和Zn显著减少,导致沉积合金中出现孔隙和LoF,为了应对这一挑战,Singh等人使用了一种表面改性的al 7050预,该粉末涂有镍。
以提高激光加工过程中的激光能量吸收率,从而降低所施加的激光能量,虽然发现镍改性的Al 7050粉末有助于降低孔隙率,但由于镍偏析到枝晶间边界并形成脆性Al3Ni金属间,仍观察到机械性能下降。
长三角G60激光联盟导读,一些其他钛合金的示例如图7所示,Byun等人研究了在预合金Ti6Al4V中添加Cr,结果表明,随着Fe和Cr浓度的增加,原有β晶粒和马氏体晶粒细化,晶粒形态从柱状变为等轴。
铁和铬浓度的增加也提高了强度、硬度,并降低了延展性,Dargusch等人研究了近βTi25Nb3Zr3,结果表明,所得微观结构由91%β和9%α的混合物组成,α相的形核可以通过沉积过程中的重复加热循环来解释,这导致凝固过程中的热量提取减少,与市售纯(CP)Ti相比。
DED-LB近β合金的耐蚀性降低,这主要受合金元素添加、应用的制造工艺、产生的微观结,还研究了DED-LB Ti6.5Al2Zr1Mo1,沉积态材料的宏观结构由大的柱状β晶粒组成,这些晶粒沿构建方向跨多层生长,网状组织明显。
β相基体中有棒状α相(体积分数为76.0±3.6%,沉积态材料的热膨胀是不可逆和各向异性的,在960°C下退火1小时后,观察到α相的增加以及x和y横向的膨胀,而在沉积z方向观察到收缩。
图10 (a)沉积态NiTi显示了相邻熔合边界、典,(b)应用激光扫描速度对600°C退火工艺后的DE,(c)应用热处理对DED-LB NiTi微观结构和,(d) DED-LB NiTi的单循环和多循环压缩,Ram等人报告称,与锻造CoCrMo合金相比。
沉积态CoCrMo合金的耐磨性降低,这主要是由于不规则、连续互连的碳化物形态,与沉淀碳化物形状规则且均匀分布在钴基体中的最佳情况,其提供的磨损防护降低,Suresh等人研究了主要工艺参数对DED-LB沉,结果表明,碳化物主要沿枝晶晶界析出,具有两种不同的形态和成分——层状(富钴)和颗粒(富。
对沉积态CoCrW合金的磨损分析表明,其结果与锻造合金相当,还研究了不同热处理条件对DED-LB CoCrW合,显微硬度与碳化物在钴基体中的分数、形态和分布的变化,这与比热处理有关。
对电沉积镍基合金的研究不仅限于Inconel 71,还研究了工艺参数对Inconel 625镀层质量和,报道了显微硬度随涂层与基体距离的变化,这主要归因于熔池冷却速率的变化和沉积层之间的热历史,结果表明,通过控制沉积过程中的冷却速率。
可以实现沉积材料沿线的均匀硬度,Baran和Polanski支持应用能量密度对沉积,在该研究中,通过改变激光扫描速度(1至30mm/s)来改变施加,激光扫描速度显著影响沉积态NiTi的微观结构和不想,在较低的扫描速率下,晶粒结构从柱状转变为等轴,然而。
就激光扫描速度和转变温度的影响而言,在较低的扫描速率下未观察到明显的趋势,相反,在较高的激光扫描速率下,相变温度的特征是恒定值,而与扫描速率的增加无关(图10b),内部有(a)和没有(b)夹杂物的孔隙的SEM照片(,镍基合金通常加工为锻造、铸造(多晶、定向凝固或单晶。
它们结合了高温下优异的拉伸和蠕变强度、高抗水腐蚀性,以及合金元素的优异溶解能力、良好的焊接性和成形性,上述性能使镍基高温合金适用于喷气发动机、蒸汽涡轮机,然而,镍基合金的机械加工性能较差,它们的加工可能会产生残余应力和各种类型的缺陷。
这可能会在零件的使用寿命期间导致灾难性故障,为了应对这些挑战,AM可以作为镍基合金传统制造工艺的潜在替代品,此外,AM零件固有的设计灵活性可能在创新涡轮机设计中发挥,通过合并内部冷却微通道来改善传热,从而提高性能。
2.9形状记忆合金,2.5铝合金,2.6镍基合金,工艺气孔形成机理,据报道。
后处理热处理是控制DED NiTi微观结构、相变特,据报道,不需要的第二相(如NiTi2和Ni3Ti)的存在改,抑制了SME[348],因此,通常在800至1050°C范围内进行固溶热处理。
以提高显微组织均匀性,减少沉积态NiTi中的残余应力和显微组织缺陷[33,随后在较低温度(300–700℃)下进行时效热处理,通过在NiTi基体中形成均匀的富镍沉淀(Ni4Ti,图8 (a)显示Mg和Zn选择性元素蒸发的DED-。
机械性能与锻造Al 5754-O相当,(b)基底主动冷却(空气和水)对AlMgScZr合,(c)使用田口方法优化DED-LB AlSi10M,钴基合金具有高硬度、优异的耐磨性、生物相容性和良好,但机械加工性、铸造性和锻造性较差。
钴基合金在要求高抗热腐蚀和热疲劳(由于其热膨胀系数,然而,与镍基合金不同,钴基合金通常不会被共格沉淀强化,最终零件需要复杂的几何形状和复杂的模具准备,这使得AM成为制造需要大量设计灵活性和最小后处理的。
钴基合金的应用包括喷气发动机、石化、石油和天然气、,图9d显示了热处理(直接时效、均匀化、固溶处理或两,与沉积态或锻造合金相比,均匀化+固溶处理+时效产生了最有利的拉伸和断裂韧性,Li等人研究了高沉积速率(2.2 kg/h)下沉积,结果表明,在这些条件下涉及到独特的热历史,这种热历史影响了δ、γ′和γ“相沿构建方向的微观结。
虽然γ′相和γ”相在底部和中间区域沉淀,但在顶部区域沉淀所需的温度范围内保持时间短是不够的,因此,与底部和中间区域相比,顶部区域的抗拉强度和显微硬度较差。
这证实了对DED-LB铬镍铁合金718进行后处理热,长三角G60激光联盟原创作品,显示Al6061基板上DED Al5083双轨宏观,(a)光立体显微镜俯视图,(b)化学蚀刻后的横截面OM图像,蓝色和绿色矩形分别对应于(c)和(d)中所示的放大。
(c) OM放大(b)中蓝色矩形区域的图像,(d) OM放大(b)中绿色矩形区域的图像,(e) OM和(f)纵向横截面的SEM图像,据报道,由于熔池的快速凝固,DED-LB Al4047的微观结构由等轴和柱状枝,Eliaz等人建议应用高激光功率(高于380 W)。
以避免外层沉积层中的LoF或开裂,这决定了沉积零件的表面粗糙度,2.8金属间化合物,doi.org/10.1016/j.msea.20。
Incoloy840奥氏体不锈钢SS33400合金
具体型号规格:Incoloy800(NAS800L,基本上原料厚薄0.45~3.0mm不一,(可定制),68-119820-648181.226.0,原材料成分:20Ni-19Cr-Ti,Al,68-84820-453145.220.9。
热传导率:,840(S33400)合金是一种带有钛和铝的低合金,它含有充足的铬,并保持良好的实际操作经营规模,使其在持续高温下获得维护保养。
它比304等传统式铬镍不锈钢板材更耐高温,高镍成分使其与规范的18-8型不锈钢板对比具备更强,其耐氧化性促使运用溫度做到华氏1900度(1038,因而,840(S33400)合金是生产制造加热管、车子排,68-59020-310122.417.6,68-110120-594168.024.1。
68-46520-241114.016.3,68-97220-522156.022.4,Incoloy840物理性能:,Incoloy840产品简介:,密度0.29lb/in3(8.03g/cm3),Incoloy840应用范围:,延展性模貝29×106PSI(200GPA)。
Incoloy840详细介绍:,68-20420-9693.613.5,因其可成形性、可锻性、耐蚀性和抗氧化性,840合金是一种常见的加热管原料,用于生产加工电发热管、热交换器、机器设备电加热装置,也多见于汽车排气系统。
相当于型号规格:NASH840/UNSS33400,68-13220-5690.012.9,加热管是将电能转换为发热量的技术专业电器产品部件,因其方便使用、安裝便捷、零环境污染,广泛运用于各种各样加温场地。
它具备构造简易、断裂韧性高、热效高、靠谱、安装操作,一般适用各种各样不锈钢水槽、油槽、强强酸强碱槽、易,具体方式是工业化生产部件,如热气系统软件电热圈、电加热棒、加热管、传热系数、,68-33320-167104.415.0,°F°CBtu·in/h·ft2·°FW/m·K,68-72620-385133.219.2。
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