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3、激光定向沉积过程中难熔高熵合金的原位X射线和热成像(Ⅰ)
从造得了到造得好,中国还需走几步?
这意味着足够的耐心和长远的眼光,而一个经常有的教训是:我们在追求发展速度时,往往容易重视新课题,忽视老问题,1:1比例组装的乐高版布加迪Chiron,以航材上应用较多的7050铝合金为例。
作为面世近半个世纪的老牌合金,多年来中国人从 “量” 上获得的数据已经非常可观,然而国内有此生产能力的铝厂两只手都数的过来,能够保持批次稳定性的更是少之又少,原因还是在于当年通过技术攻关解决了从无到有的问题后。
并未通过数据积累,对工艺流程进行持续改进,好产品并不是全靠科技含量堆砌出来的,一个小小的质量事件就可能让整个产品全线溃败,2016年,因为过于追求电池创新设计。
而多次出现爆炸事故的Note7让三星公司元气大伤,即使日后攻关折叠屏黑科技,也因隆起、闪屏、黑屏等频频出现的故障问题导致口碑骤,中国市场占有率从20%跌至仅有0.8%,第二步:技术管理并步提升,所幸中国人赶上了数字化革命的高速列车。
1.0的放大镜,有机会跨过2.0的光学显微镜,直接换成3.0的电子显微镜,第一步:揪出细节里的魔鬼,明朝崇祯年间。
中国江西一位名叫宋应星的县学教谕写了一本涵盖农工两,迅速成为当时的畅销书,并出口到全世界,给各国技术进步带来深远影响,以其中的Inconel718(国内牌号GH4169。
国内产品室温性能与国外产品水平相当,但个别元素最终成品含量、晶粒度的炉次间稳定性和高温,国产钢棒离散系数要比进口钢棒高得多,[4] 韦康博《国家大战略:从德国工业4.0到中国,现代出版社,2016年8月,产品能够造出来,说明工艺方案的大方向对路。
但要获得质量稳定的产品,则需要工艺细化,工艺细化就是靠严格的过程控制把细节里的 “魔鬼” ,再把魔鬼变成 “上帝”,[5] 杨斌李建明李东红《中国高端装备制造业发展报。
清华大学出版社,2017年,一方面,数控加工技术、自动化生产线的普及扩大了工厂产能,数据积累的效率得到空前提升,另一方面,仿真软件的应用,也改变了曾经需要像盲人摸象一样确认方案。
再根据加工结果反查工艺流程的验证过程,在加工之前就排除一些人为疏漏,验证成本得以大幅度压缩,工业体系上,中国已经有了硬怼外界金枪锁喉的底气,但工艺水平等方面。
还需要一根一根拔出卡住我们喉咙的鱼刺,中国的科技工业树在向上开枝散叶的同时,还需要持续往下扎根,[3] 严鹏《工匠革命:制造业的精神与文化变迁》,电子工业出版社,2020年8月,第三步:借助数字化的翅膀。
其中《冶铸》《锤锻》《燔石》等篇章,图文并茂详解了工艺的选材、工具、步骤等,甚至已经有了定时、定量和成品率的概念,堪称现代工艺手册的雏形,县城老师宋应星,也因此被英国科学史家李约瑟誉为中国的 “狄德罗”,如今,我们可以造得出不同形态的材料。
多种型号的机床,甚至实现了一系列重要装备从无到有的跨越,但国产工业品仍难以彻底甩脱 “质次价廉” 的标签—,就在于工艺水平,本文来自微信公众号“钛禾产业观察”(ID:Taif,作者:李富强,编辑:熊文明、刘爱国。
数据支持:钛禾产业研究院,题图来自视觉中国,钛禾智库在长期的制造业调研中,见过 “细节中的上帝”,见过 “细节中的魔鬼”,也见过 “把魔鬼变成上帝”,深究其原因,有一个经常容易被忽视的基本逻辑:。
实际上,这些数字化技术的金字塔底座,也是靠无数的数据颗粒积聚起来的,制造业中每一家企业、每一个车间都是工业大生态中的一,你产的材料用于生产我的设备,我造的机床成型了他的零件——各个环节的管控都逐步走。
整个中国制造的大链条才能完成螺旋式爬升,后面的事情众所周知,世界科技进步的天平被工业革命的火车头碾碎,中国自此落后于世界,虽然新中国成立以后通过技术引进和自主创新,中国制造在许多领域已经逐步跨过 “从无到有” 这条,正在攀登 “从有到优” 的高峰。
但至今仍在奋起直追的道路上,工艺的完善首先需要基于成熟的技术能力,当技术的内核沉淀不足时,仅靠管理上的增值,是很难弥合与改进目标之间差距的,02.检查:揪出细节里的魔鬼,当前的中国制造业正处于一个较为割裂的阶段:日新月异。
卡在中国制造喉咙里的第一根鱼刺是 “工艺”,要把这根鱼刺拔出来,大概可以分三步:,性能参数往往代表产品上限,而工艺水平则意味着产品底线。
上限能说明你有多牛,底线则决定了你有多靠谱,从中国制造到 “中国精工”,需要把工艺观测的放大镜换成显微镜,而这枚能让内部微观结构分毫必现的高倍镜片。
是需要靠海量的经验和数据积累打磨出来的,以上这段举例,翻译成一句话就是:打造一只完美的木桶,要先把每一块板都尽量打磨得没有瑕疵,大数据时代的到来。
给中国制造业带来缩短数据规模差,甚至逆袭的难得机会,但是随着数据激增,各种 “云”、“库”、“链” 层出不穷,又给生产管理带来新的困惑:究竟工艺流程的颗粒要细化。
怎样让越来越多的冗余数据,不会反过来影响客观判断,“要把华为手机的平均故障率做到三星苹果的十分之一,”,拼插积木有很多,但敢用积木造一辆真跑车,还能上路行驶的只有乐高,这种底气。
源于每块积木抽检中误差不超过0.1mm的一致性,2018年,历来天马行空的乐高团队按1:1比例组装了一辆速度能,除了轮胎是特殊材料,这辆布加迪完全由超过100万个乐高Technic积,没有用到任何胶水,连装配用的电动螺丝刀都是 “乐高版”,这本 “杂书” 发行之时。
欧洲的启蒙运动才刚刚萌芽,美洲大陆正在打响持续百年的殖民地战争,日本江户幕府颁发了锁国令,实行了长达两个世纪的闭关锁国,但是由于书中含有 “东北夷” 、“北虏” 等敏感词,这本书在清朝乾隆年间成为禁书,一百年后,当欧洲开启如火如荼的工业革命之时。
这本诞生在中国的科技著作,却被尘封在宁波的天一阁里,1976年,李约瑟在其编著的15卷《中国科学技术史》中提出了一,美国经济学家肯尼思·博尔丁把这个问题称之为 “李约,随后40多年里。
伴随着中国改革开放与 “科学春天” 的到来,“李约瑟之问” 引发了无数学界和产业界人士的持续探,或许这个问题暂时没有一个确切的答案,但是突飞猛进的中国制造业,正在奋力做好这份答卷,阿尔弗雷德·克虏伯的手稿。
“尽管中国古代对人类科技发展做出了很多重要贡献,但为什么科学和工业革命没有在近代的中国发生,”,随后8年的智能机翻盘之路,华为团队不仅要努力提高产品的技术含量,更是要着力改善产品的可靠性,余承东不止一次在公开场合宣称:。
长期持续对工艺细节的打磨,既是做百年基业的决心,也是中国制造目前最缺的一口真气,参考文献:,抓细节是个长期不懈的工程,如果这根弦稍有松懈,“上帝” 也会重新变回魔鬼,相比沉淀数百年的欧美制造强国。
中国制造目前积累的数据,尚不足以形成系统性的定量规律,仅能观察宏观表面,无法探查内部构造,[1] 张方王林岐《国内外GH4169棒材质量稳定,锻压技术,2016年09期,本文源自虎嗅网。
波音客机从上世纪五十年代707开始起步,但直到787才大量运用新型材料,在此之前几代产品中,底层材料、零件加工和装配等工艺继承性很强,并无断档式跨越,研发、制造、检测中的数据流转不仅是一个闭环。
也是一个持续上升的螺旋,支持工艺水平在产品的升级迭代中连续稳定的提升,2020年7月,中国第一个火星探测器 “天问一号” 发射升空,中国科技启航驶向浩渺宇宙的更深处,这项历时4年的复杂工程,也是从最基础的航天材料和紧固件开始构建的,例如有着优越抗氧化性、耐腐蚀性的镍基高温合金(In。
此前被用来制作在发射平台上固定航天飞机的8个双头螺,也代表着超高的原材料生产加工水平,“显微镜” 与 “望远镜”,前者知晓方寸,后者探求边界,工艺流程的精细化,往往是一个先做加法再做减法的过程。
数据积累只是起点,数据治理和数据应用才是后面的大课题,这需要有相当扎实的基本功——马步扎得不稳,经验积累不够,即使插上数字化的翅膀,也很难飞得更高,在对比前后几批生产数据后。
复查结果浮出水面:不合格品在熔炼时长和浇铸温度均按,致使一些金属元素在加热过程中过度烧损,出熔炼炉到浇筑的时间没有作出细致明确规定,导致液体与空气接触时间过长,又影响了氮元素含量,这些当初依靠过硬品质爬到制造业链条顶端的国际老牌企。
拥有雄厚的科研实力和细致的工艺流程,按理说应该提供最可靠的产品,却在品质管控上马失前蹄,透支了多年积攒的口碑和名望,如今。
神户制钢仍在努力挽回名誉,而737 MAX也被全面停飞,重返蓝天遥遥无期,比较之下,目前许多国产工业品。
在结构简单的场景中尚且堪用,但要支撑更加复杂庞大的高端制造体系时却显得底气不足,而当中国制造突破 “造得了” 的瓶颈,继续向 “造得好” 精进时,产品稳定性、可靠性将是我们向产业链高端爬升的持续保。
“国产不靠谱” 仍然是至今常常在各行客户口中听到的,未必是国内厂家造不出合格的产品,而是成品率偏低,即使合格产品里面的性能质量也参差不齐,仿真软件模拟加工过程和结果分析,德国工业巨头克虏伯公司奠基人阿尔弗雷德·克虏伯。
在19世纪对工业生产提出了一项规定,要求每一个生产环节都要有细致规范的指引:,Inconel合金也是航空发动机的重要原材料,航空发动机几千甚至上万小时的寿命周期,对材料的稳定性有着极为苛刻的要求,材料源头的性能稳定,决定了加工成型、试验验证的乃至维修维护的一系列问题,克虏伯公司出产的钢卷在高品质、高价格的细分市场始终。
这位14岁就全权掌管企业的金牛座男人,正是靠着恪守纪律和严控细节,才带领克虏伯从一个濒临破产的作坊式工厂,成长为世界第一的军工联合体,并被视为德国重工业的缩影,在找到问题的症结之后。
车间管理人员对几个相关工序进一步细化,压缩操作时间和温度控制范围,这一举措带来的直接效果是,此后交付的几个批次元素含量都稳定得多,性能参数也更加集中,《天工开物》插图。
1673年初刊,而正处于追赶期的一些中国企业,经常遭遇的却是另一方面的问题,与进口设备一起引进中国的,还有精益生产、六西格玛、5S管理等先进管理方法。
但是当许多企业把整个生产流程掰开揉碎,去粗取精重新组装,却发现这些洋方法提升最大的是生产效率,对生产品质的改进则远远不及预期,2012年,刚刚接手华为手机事业部的余承东,面对的是一堆 “山寨机” 、“贴牌机” 的标签,当时的华为手机在 “中华酷联” 四大国货品牌中销量。
工艺流程的精细化,技术能力和管理思维是缺一不可的两条腿,既不能倚仗技术优势而放任管理疏漏,也不能依赖管理方法而忽略技术基础,03.治疗:技术管理并步提升。
05.预后:借助数字化的翅膀,06.尾声:中国答卷,也就是说,打铁还得自身硬,好鞍配好马才能发挥最大效力,这些被篡改的参数早在出厂前的检测中就被发现,工厂管理层却默许了造假行为,质量的保障不是靠最终检验。
而是需要在一道道严密的工序里实现——即使具备较强的,但假如放松了对过程的管控,原本有效的工艺也得不到全面执行,与神户制钢的造假事件先后曝光的,还包括东丽公司轮胎材料、高田安全气囊、三菱燃油效率,日本的工匠神话随之幻灭。
在品质管控上投机取巧的还不止日本企业,著名的德国大众汽车尾气检测造假事件,波音737 MAX的两起空难,都与管理层对品控纵容有着密切关系,这一代产业人也因此面临着双重考验:一方面是新概念、,新课题、新产品快速迭代,另一方面。
已经涉足的领域向内渗透不足,大量短板甚至空白尚待填补,与此同时,我们还要面对老牌工业强国的科技封锁,一些关键材料、元器件和设备常常在博弈中被掐住七寸。
2020年4月,教育部组织研制并发布了《中小学生阅读指导目录(20,著于300多年前的《天工开物》被列入其中,成为官方推荐的中小学生课外读物,生产实践的普及提前渗透到下一代的教育中,同时也呼唤深植于民族精神中的创造力。
[6] Joseph Needham《中国科学技术,科学出版社,1990年,虽然书中大量记载的是古代手工业的生产工艺,与现代化生产定义的 “工匠精神” 存在一定差异。
但起码说明,我们的老祖宗已经有了 “精工制造” 的意识和传统,甚至在某些理论方面遥遥领先于世界,建筑大师密斯·凡•德罗曾经说过一句话叫 “上帝藏在,后来被人们引申成「魔鬼藏在细节中」。
这句话也一度成为郭台铭最常挂在嘴边的口头禅——任你,但隐藏在微末毫厘中的疏漏却是让千里之堤溃散的蚁穴,真正涉及核心能力的工艺细节,在任何行业内都是 “秘籍”,无法像套公式一样用现成的管理工具来应用破解。
同样,再成熟的管理工具,也需要在不同的企业语境下进行个性化调整,虽然偏差一定会存在,且在误差范围内的偏差都是被允许的,但是成熟的工艺会让偏差更集中可控,如果产品一致性强,偏差集中在某一个方向。
可以在后续的工序中进行校正,而不确定的偏差则会遵循牛鞭效应,在零件加工、部件装配、成品装配环节中逐级放大,最终成品的性能将是离散和不确定的,01.什么是靠谱的产品。
“规则必须为每一种情况和每一道工序而制定,并且要制定每个人的责任与权利,”,2019年,国内某铸件企业接到一项结构复杂的产品订单,技术团队日夜攻关。
报废数次终于生产出一批验收合格的零件,客户加订两批,按照相同工艺生产的产品却均因化学元素不合格而报废,生意来之不易,厂里从上到下都很重视,新一批产品投产,领导各环节跟产——还是同样的工艺。
这一批的化学成分又 “神奇” 的合格了,在工艺流程上实现数字化转型的一条基本路径是:从足量,找到整个工艺过程控制的关键点,再移除多余的工序,或者根据交付需求对控制范围进行调节,充分发挥工艺的柔性。
2017年,日本神户制钢造假事件引发舆论哗然,这家曾被视为 “工匠神话” 代表的日本第三大钢企,被曝出长期在管理层知悉甚至授意的情况下,篡改尺寸和强度等出厂数据以次充好,这些流出的不合格品,被用来生产丰田汽车、新干线以及日本国产的MRJ支线,在中国追赶世界先进的道路上。
有人喜欢装备加成,有人喜欢多学技能,砸钱进口最好的原料和最新的设备,或许可以在短时间内达到提升产品质量的目的,但是反观欧洲一些老牌工厂,用着20年前的老机器。
却靠着一摞摞比我们厚重得多的工艺说明,照样能保证稳定可靠的产出,精细化生产是一场持久战,既要有 “显微镜” 看工艺细节,掌握更稳定的工艺方法,也要用 “望远镜” 看长远。
重视持续改进基础制造工艺,才能留有向专、精、特、新产业链高处攀登的后劲,[2] 黎峰《国际分工新趋势与中国制造全球价值链攀,江海学刊,2019年03期,当前,面对美国人发起的贸易战和科技封锁,中国已经可以凭借最完整的工业体系正面硬怼。
但是摆在中国制造眼前的现实问题是,真正卡住脖子的并不一定是别人的锁喉大招,也可能是自己喉咙里的一根鱼刺。
钛及其合金不同材料激光焊接的研究与发展现状(三)
对于强冶金接触,受控的明显反应层是关键,Chen等人利用Al侧的55°槽角研究了界面反应层,结果表明,由于Ti具有更高的断裂强度,裂纹萌生位置在Al侧具有更高的扩展可能性,反应层很薄,这里的裂纹扩展将导致Ti和Al处的塑性变形。
导致变形能显著增加,因此,断裂特性取决于铝反应层界面形态,因为它们起源于铝侧的接缝,他们证明,对于蜂窝/锯齿状(图17(i-l))和薄片状,UTS较高,而裂纹扩展较低。
但总体而言,它比厚或无反应层要好,为了在他们后续的工作中提高反应层的均匀性,Chen和其同行在Al和Ti端采用了一个带有45°,这导致UTS为278MPa,高于他们之前的研究,Sahul等人验证了增强的接头强度,因为他们采用向AA5083侧偏移300µm的盘式激。
以获得170MPa的UTS,而不使用任何凹槽或填料,在其他工作中,在具有最小线性能量的1424Al侧偏移0.2mm会,通过透射电子显微镜仔细观察界面。
可以发现在VT6S合金、Al3Ti和液态铝相的边界,包括连续的TiAlIMC层(图17(a,区域1)),当液相和α相Ti相互作用并与Al过饱和时,形成TiAl相。
当TiAl与液态Al相相互作用时,向Al侧形成一个包含Al3Ti的单独区域(图17(,区域2),通过AA2024和Ti6Al4V之间的摩擦搅拌焊接,激光焊接能够将接头强度提高到290MPa左右。
1.3.2 激光搭接钎焊,由于伴随马氏体回火和残留β相溶解的热处理,Ti的硬度增加[181],在HAZ中,由于可用马氏体数量较少。
硬度值会降低,激光焊接导致AA5754侧的硬度增加,这是由于固溶体强化和伴随Mg溶解的精细凝固结构[1,然而,在进行焊后热处理(PWHT)后,由于晶粒在Al固溶线以上的粗化和成核,硬度降低。
在向Al侧偏移0.2毫米处,Nikulina等人[29]表明界面处的硬度与控制,发现Ti3AlIMC层的硬度为490Hv,这会导致接头变脆,但可以通过限制供热量和焊接速度来避免,Casalion等表明,由于镁在AA5754晶界析出后晶粒尺寸的细化。
朝向Ti侧的激光偏移会导致Al侧FZ中出现轻微沉淀,此外,由于快速冷却效应导致针状马氏体结构(α')的形成,Ti侧的FZ也表现出较高的硬度,连同实验调查和检查,建模和数值模拟对于预测和理解温度分布、焊缝几何形状,关于数值模拟,Dal等人采用基于传热、流体流动和质量传递的多物理。
误差幅度为25%,误差幅度归因于对输入参数、扩散系数和活化能的假设,而忽略IMC晶粒生长参数方面,江苏激 光联盟激光红欢迎您持续关注,镍及其合金广泛应用于高温航空航天领域。
其中抗氧化性至关重要,很少有研究为Ni-Ti不同焊缝铺平了道路,在Seretsky和Ryba于1976年进行的早期,Ti与Ni的点焊显示出裂纹和熔融金属的不完全混合,Chatterjee等人在后来的工作中对此进行了补,因为他们发现了具有宏观偏析的Ti2Ni和TiNi2。
然而,直到最近,陈等人采用更高功率和更高焊接速度的光纤激光焊接技术,在对接焊接的Ti-6Al-4V和因科镍(Incon,如前所述,当激光束向Inconel侧偏移时,会导致熔池中的对流减弱,Ti侧的熔体面积显著减少。
Marangoni对流强度的降低导致较少的混合,从而减轻了IMC的形成,此外,Ni较高的导热率意味着热量可以更快地消散,从而导致更宽的FZ和更低的热梯度。
为了强调使用低功率光纤激光器焊接T型接头的可行性,Janasekaran等人采用50%的重叠系数来获,用于Ti-6Al-4V-Inconel600接头,由于晶体失配和脆性NiTi和NiTi2IMC的形成,FZ中接头的硬度随着重叠率而增强,且明显高于BM。
结果表明,重叠是影响断裂力最大的因素,其次是焊接速度和激光功率,未完待续,图14(a)二元Ti-Al相图,(b)向Ti侧进行激光偏置焊接显示不同区域的示意图,(c)顶部有Al的搭接接头配置,(e)使用填充焊丝[176]在45°处为铝和钛创建。
并通过在铝侧使用U形槽的分束激光焊接对接焊缝配置[,(g)薄扩散界面(5kW,6.6m/min,0.2mm铝偏移量)、(h)断裂扩散界面(5kW,6.6m/min,0.2mm钛偏移量)、(i)软化扩散(5kW。
8m/min,以0为中心)的SEM图像和X射线Al-k图,下图:激光钎焊的异种材料Mg/Ni涂覆Ti的时候在,(b) 1300 W,(c) 1500 W,(d) 1700 W,在探索Ti/Mg接头的工程应用的过程中。
研究人员现已开始努力研究各种混合焊接技术的效果并使,主要挑战是Ti和Mg的热物理性质存在显著差异,其中Mg在1091°C下蒸发,可能导致激光熔焊不适用,此外,二元Ti-Mg相图(图19(a))表明Ti和Mg是。
因此凝固后不可能发生反应或原子扩散,采用激光偏置焊接或激光焊接钎焊混合工艺可以获得合格,以下各节将提供详细信息和说明,图13焊道形成机制,(a)熔池中熔化材料的分布和可能的流动,(b)热量输入不足,焊接速度快,(c)热量输入和焊接速度适中。
(d)热量输入充足,焊接速度慢,1.2.2 铝侧偏移激光焊接,为了减少IMC层的不利界面效应,在5052和Ti-6Al-4V之间采用激光搭接接头,通过增加激光功率和降低焊接速度来获得184MPa的。
为更宽的接头提供足够的界面反应,扫描速度和功率过高或过低都会导致界面反应层失效,而最佳参数会导致TiWZ断裂,表现为Ti侧脆性断裂和Al侧韧性剪切断裂,Vaidya等人使用分束激光熔化带有U形槽的AA6。
以获得Ti6Al4V钎焊接头,界面处的疲劳裂纹扩展性能最低,撞击界面(90°)的平行裂纹沿界面方向发生变化,导致立即失效,实验表明。
向工件进给的角度(β)应保持在25-45°,Tomashchuk等人通过使用Al-Si填料以及,获得了200MPa的UTS,双半点焊接接头AA5754和T40的接头效率为90,图17(e-f)显示4047的共晶结构在界面处积累,图17焊接VT6S和1424合金的相互作用区域(a,T40/MZ界面用于优化样品界面形态(e)和元素A。
并说明界面上的EDS信号变化,(i)显示裂纹偏转的锯齿状/蜂窝状反应层的断裂表面,(k)棒状反应层,(l)薄片状反应层由许多裂脊组成,表示接缝和反应层之间的粘合,文章来源:Current research and。
Optics & Laser Technology,Volume 126,June 2020,106090,图18 抗拉强度与(a)激光功率和(b)热输入的函,具有激光功率(c)2.5kW、(d)1.5kW和(。
下图:T40/MZ(填丝材料为 4047 ):(a,(b)元素Al的成分分布,(c)Si和(d)Ti的元素分布,1.1.2 混合焊接,在一个实例中,使用与Ti-SS组合具有良好兼容性的多个夹层构成了,以防止IMC的形成并提高接头强度,使其与夹层的UTS相当。
采用由多层Ti(TA1)、Cu(HS201)和Fe,采用由Ti(TA1)、Cu(HS201)和Fe(E,研究其对CP-Ti/Q235B双金属片间过渡区的相,常用于密封承压焊接结构,当该工艺与GTAW相比时,过渡区的面积显著减少,FZ的尺寸小1.5-2倍,从而导致所需的填料量减少。
残余应力降低,Ning等人采用多通道激光对焊技术,使用铜夹层连接了爆炸焊接的CP-Ti/Q235双金,如图12(e)所示,由于与Fe相比。
Cu的熔点较低,因此无法阻止Ti-Fe-Cu混合(图12(f)),从而产生贯通裂纹(0.5mm),因此,形成了Fe-Ti和Ti-Cu基IMC,与母材相比。
焊接接头的UTS降低了27%,冲击能降低了23%,而断裂表面不均匀,具有晶间形态,然而,焊接接头的弯曲断裂载荷显著下降,其中钢侧趾似乎是最薄弱的部分(图12(g)),当Zhang和他的同事使用多个Ta/V/Fe材料夹。
TC4/SS301L接头的UTS(627MPa)显,双程激光束聚焦在Ta和Fe层上,阻止了V夹层的完全熔化,最终提高了强度,根据研究工作。
Ti和Ta形成BCC固溶体,同样Ti和V也完全混溶,Fe-V界面处的FZ显示存在均匀的γ-Fe+(Fe,V)固溶体(图12(h))且无裂纹,同时防止形成脆性σ-Fe相。
1.3 钛-镁接头,中间图:异种材料T40与 AA5754铝合金焊接时,1.1.1 多个夹层,图20 (a,c)AZ31B填料,(b。
d)富铝AZ91(e)摩尔势随铝含量降低的SEM图,(f)随着激光功率的增加,AZ31B/Ti6Al4V样品的拉伸-剪切强度曲线,连接机制示意图:(g)、(h)填料和Ni涂层的熔化,(i)中间区的Al原子、Ni原子和直接照射区的Al,(j))–(l)不同温度范围内界面区的凝固,图15不同Al-Ti系组合的抗拉强度随偏移位置和焊。
1.2.1 钛侧偏移激光焊接,1.4 钛-镍接头,向Ti侧偏移的激光焊接可能是有利的,因为Al的较高反射率会降低工艺效率、反应性和低熔点,从而导致飞溅,因此,它产生的飞溅比铝偏移少,经实验验证的数值模拟表明。
对于AA5754/二级钛,在10mm/s的焊接速度、250µm(Tiside,可产生80MPa的接头强度[188],IMC层的厚度随着入射线性能量的增加而增加,相应地,Al-TiIMC层的较高厚度增加了裂纹形成和扩展的,从而降低了延伸率、屈服强度和极限抗拉强度,随着UTS的轻微下降。
Leo等人表明,在350°C下进行焊后热处理后,由于马氏体回火和晶粒粗化效应,朝向Ti侧的激光偏置焊接提高了延伸率,450°C下的PWHT会导致Ti/Al的扩散。
从而增加Al3Ti的数量,从而产生脆性断裂,Casalino等人[183]针对AA5754和T,如图16所示,后来,Casalino等人实现了约90%的接头效率。
对于光纤激光焊接AA5754和Ti6Al4V对接接,偏移值相对较高,为0.75mm,以防止Ti在界面处熔化,超高线性能量(70J/mm)导致裂纹、几何缺陷,并造成FZ的扩展宽度。
而线性能量降低至35.30J/mm,表明由于形成均匀且薄的1µmIMC层,UTS呈上升趋势,https://doi.org/10.1016/j,图19 (a)Ti-Mg的二元相图,偏移距离(a)小于0.4mm和(b)大于0.4mm,AZ31B/Ti6Al4V的激光偏置焊接钎焊规定的。
随着激光偏移距离的减小,接头强度也会降低,因为强度太强而无法熔化与镁混合的钛,从而使其蒸发并以飞溅的形式在焊件上可见[192],如果使用具有较低Al含量的填料,则根据菲克扩散定律,Al原子倾向于从Ti侧迁移到Mg侧。
并且当温度低于437°C时,共晶Mg17A12会以α-Mg形式形成,如图19(c)所示,由于距Mg侧的偏移距离大于0.4mm,因此界面处的可用温度不足以促使扩散并熔化Ti侧[1,流体流动受到固体钛的限制,造成不稳定的涡流,破坏了焊缝的均匀性。
当偏移量减小到0.4mm以下时,由于反冲力、重力和浮力的综合影响导致Ti焊缝界面弯,因此功率密度足以引发池流(图19(b)),因此,0.3mm处的激光偏移会促进Mg蒸发和增强的Ti-,激光电弧混合焊接可以更有效地将热输入传递到铝侧,因为铝不能有效地吸收激光能量。
Gao等人利用激光冷金属过渡焊接技术(CMT)混合,连接过程是焊接-钎焊,其中Al侧进行焊接,Ti侧用液池进行钎焊,称为原子扩散,结果表明,如图18(a)所示。
在2.5kW激光功率下形成IMC层(0.7µm)足,这有助于在82-98J/mm范围内的比热输入,如图18(b)所示,如图18(c)所示,当提供足够的热输入时,熔池向外和向上流动以完全覆盖Ti界面。
从而实现充分的反应,Ti原子溶解在熔池中,随后反应形成TiAl2,因为冷却速度足够快来抑制有害的TiAl3形成,热量输入不足会导致根部缺陷,而激光功率过大会导致热量积累。
从而降低朝向Ti侧顶角的凝固速率(图18(e)),使其熔化并允许Ti原子以更高的浓度进一步移动,从而在L+TiAl2→TiAl3之后形成更厚的连续,除了混合焊接外,还引入了一种称为激光冲击焊接的新焊接方法,该方法可以通过使用脉冲激光产生受限等离子体(100。
将薄箔扔向目标片材,焊接机制完全防止了IMC的形成,因为接头取决于诱发的塑性变形,Wang等人通过剥离试验获得了比AA1100和2级,他们证明,较大的焊点尺寸可以增加焊接面积,由于较低的功率密度对Al飞轮造成的损坏较小,而Ti侧由于孪晶引起的塑性变形。
硬度增加,更高的冲击速度导致微观结构中更多的波,具有更短的波长和更小的焊点尺寸,从而导致更大的振幅,基于激光的混合焊接和冲击焊接已显示出令人鼓舞的结果,以证实其用于探索进一步的应用,江苏激光联盟导读:,本文对不同材料焊接钛合金的现状进行了总结。
讨论钛及其合金同钢、铝合金、镁合金、镍基合金等的焊,介绍用来提高焊接接头强度的改性技术以及异种材料的焊,对显微组织、机械性能和断裂特征等也进行了综述,1.2.3 使用搭接接头、预切槽、裂隙梁和填充金属,图16IMC界面的演化及抗拉强度和线性能量的关系,1.3.1 激光对焊偏移钎焊,1.2 钛-铝接头,激光焊接-钎焊是一种用于连接不互溶材料的新兴工艺。
其灵感来自于连接由于接头机械强度差而难以在实际应用,在此,低熔点材料采用搭接结构焊接,而高熔点材料采用钎焊,Mg/Ti的直接熔焊会产生弱结合,接头效率低。
因为Mg和Ti不互溶,且不形成任何界面或扩散层,因此,需要Mg和Ti同时具有中等固溶度的填料元素,然而,由IMC制成的界面层要求小于10微米,因为它可能有利于机械性能,扩散反应层的形成可以通过将机械结合转化为冶金结合以。
例如,在AZ31B/Ti6Al4V接头中使用AZ91填料,这是因为直接熔焊的结合机制是机械联锁(图20(a),而激光焊接钎焊在Ti侧产生1μm厚的反应层(图20,导致冶金结合。
Ti3Al反应层形成,扩散控制Ti-Al并由于急剧的热梯度而受到限制,正的Ti-Mg摩尔焓表明没有发生相互反应(图20(,表明在Mg-Ti-Al三元体系中,Al有扩散到具有较低Al和较高Ti含量的区域的趋势,如图20(f)所示。
在较低焊接速度下激光功率的增加增强了填料的扩散能力,从而增强了原子扩散,激光功率的进一步增加会降低接头强度,因为较高的热输入会蒸发镁填料,导致界面粘合变弱。
为了进一步增强和控制界面反应,选择Ni作为中间层(1.9μm)和AZ92(8.3,镍夹层增强了填料的扩散能力和润湿行为,从而使焊接过程稳定,Ni夹层的加入将拉伸剪切从2057N(AZ91)提,发现随着激光功率从1100W增加到1700W,反应层的厚度从2.08增加到3.22μm,图20(g-l)描述了不同区域的微观结构演变。
在直接激光照射下,Mg填料熔化(图20(g)),而Ni涂层在熔融的Mg中溶解并扩散(图20(h)),其中,激光热输入不足以熔化Ni层。
由于液体流动不深,形成了中间区,在直接辐射区,填料的Al元素扩散到Ti侧,在冷却(1180°C)时形成Ti3Al沉淀,如图20(j)。
在中间区域,Ni和Al原子都处于液态并相互溶解(图20(i)),随着温度进一步降低至650°C以下,液态AZ92开始凝固并引发Mg与Al和Ni的反应,导致在界面中间区附近形成Mg-Al-Ni三元化合物,同时在界面处形成Al-Ni相,之后随着激光功率的增加,Mg-Al-Ni三元化合物从枝晶生长为针状结构。
如图20(l)所示[196],反应层厚度随着界面温度和扩散时间的增加而增加,因此,偏移距离对Ti/Mg接头的可靠性有显著影响,因为它控制着界面处的温度和扩散。
界面的硬度主要取决于随功率变化而变化的IMC的数量,江苏激光联盟陈长军原创作品,1.2.4 激光混合焊接,当激光焊接与爆炸焊接的多个夹层一起使用时,可以产生良好的效果,Ta和Nb等夹层材料非常稳定,不会在Ti-Nb、Cu-Fe和Ti-Ta之间的界面,Cherepanov等人采用CO2激光焊接将AIS。
如图12(i)的光学图像所示,由于完全避免了IMC的形成,观察到的最高接头强度为476MPa,这表明混合工艺的效率,当作者用Ta代替Nb时。
观察到UTS值降低了417MPa,在其他工作中,使用Cu3Si夹层进行激光冷金属转移电弧混合焊接,导致UTS增加,热输入增加,复合焊接中的焊缝成分和温度取决于激光-电弧协同效应,激光聚焦在V形槽的拐角处朝向不锈钢侧。
导致不锈钢侧的初始和快速熔化,此外,从顶部到底部的液体对流来自电弧压力和表面张力,而浮力效应导致向上流动,对于如图13(b)所示的低热输入接头,形成了Cu-Fe-Si三元系统。
熔池更薄,包含更高体积分数的Cu3Si,随着热量输入的进一步增加(图13(d)),发生完全混合并获得与Cu-Fe-Si-Ti四元系统,由此FZ由α-Cu基体和Fe67xSixTi33枝,河流状断裂形态发生在Ti/Cu界面,其中形成了最硬的Cu-Ti2IMC相,Ti/Al的潜在应用可以在例如由Ti合金制成的机翼。
其中Ti合金外壳和铝合金蜂窝焊接在一起,然而,在小孔模式下将Ti直接激光焊接到Al会导致冷裂纹,钛铝激光焊接的特点,在Ti-Al界面形成的非期望IMC相的尺寸、分布、。
Ti在Al中的扩散系数为2.15×10−8m2/s,不同金属的熔焊需要一定程度的相互固体溶解度,以促进接头的可行性,根据图14(a)[179]中描绘的Ti-Al相图,在500°C时,Al在Ti中的溶解度为13%,而Ti在Al中的溶解度接近0%。
TiAl3相在含2%Ti的富铝侧形成,在Ti中存在一定量的Al但不形成IMC的可能性可以,在焊接钎焊过程中控制这种微量成分是非常困难的,并且正在努力限制许多脆性IMC的形成,如Ti3Al、TiAl、TiAl2和TiAl3,已采用各种技术来减少有害的IMC形成,如激光向Al或Ti侧偏移(图14(b)),使用对接接头或搭接接头配置(图14(b。
c)),或采用填充材料并将端部接头切成V形槽或U形槽(图1,图15概述了这些修改对UTS的影响,Tomashchuk等人[180]总体上显示了激光,发现将激光束向Ti合金偏移会产生主要由TiAl3和,这些缺陷是由于毛细捕获和熔化区的富钛液体喷射而形成。
此外,将光束聚焦在接头中心会导致焊缝厚度减少约20%,从而影响接头强度(图14(i)),另一方面,激光向铝合金的偏移产生了良好的接头,厚度减少≤10%。
界面厚度最小(图14(g)),介于5.4和18.6µm之间。
激光定向沉积过程中难熔高熵合金的原位X射线和热成像(Ⅰ)
此外,通过DED原位合金化过程中使用的元素粉末的不同材料,如预混合合金粉末用DED制备的Fe-Cr-Ni基合,从而提高了耐蚀性和强度,如果有更高的蒸汽压比元素B与所有其他条件不变的情况,顺理成章地,A + B合金沉积会比预期的更丰富元素B组成,由于元素的挥发损失。
Mukherjee等人(2016)表明,合金元素优先汽化导致的合金化学变化是合金元素化学性,这可能会受到合金元素的化学性质以及所使用的打印参数,由于控制金属AM的大量快速发生的现象,先进的表征技术如高速x射线成像是理解过程不可或缺的,Zhao等人(2017)在阿贡国家实验室首次利用基,使用先进的光子源(APS)。
Parab等人(2018)在激光粉床融合(LPBF,进一步扩展了这一技术,使用该方法,记录每个红外帧的熔池尾部温度,由于熔池的尾部代表液态和固态之间的界面,因此该位置的测量温度被缩放以匹配Ti64合金基板的。
即1878 K,此外,使用Gould等人(2021)中的简化Stefan,使用在熔池边界(Tmeasured)测量的温度和T,关键词:定向能沉积高熵合金 高速x射线成像 热成像。
江苏激光联盟陈长军原创作品,Webster等人(2019)观察到工业级粉末流动,提出了一种新型的按粉末流动速率归一化的能量密度,Wolff等人(2020)研究了APS中不同操作尺,包括具有高速的小规模粉末流和带有工业粉末输送系统的。
由于APS的高能x射线和光子通量,操作的DED系统直接观测到单个高速粒子进入熔体池,帧率高达80000 fps,像素大小为1.97 μm,陈et al。
(2021)详细operando d系统钻石光源叫,成像观察熔池的变化变化的帧率200 fps和像素大,Nb粒子、Mo粒子、Ti粒子和V粒子在进入熔池前的,每个子图中的浅蓝色线表示相关粉末颗粒的轨迹,每条蓝线的跟踪时间间隔为33.3 μs,有了这些数据,粒子进入熔池的速度也可以得到,并用于评估粒子输送到熔池表面的影响。
还可以通过高速硬X射线成像获得熔融池中粒子的停留时,该测量的示例如图5所示,正如Haley等人(2018)观察和测量的那样,X射线图像可以显示穿透熔池表面的粒子的停留时间,而不是在表面熔化的粒子。
颗粒从图5a中的喷嘴喷出,并冲击图5b中的熔池,该颗粒的熔化开始于时间t0+100μs(图5b中),结束于时间t0+800μs(图5f中),因此,该颗粒在熔池中的停留时间(熔化时间)为图5b和图f。
对于大多数钼粉,通过考虑颗粒半径的减小来计算停留时间,因为在本研究的实验条件下,它们没有完全熔化,测量了熔体熔池的流动速度,以显示熔体在此过程中的流动动力学,各元素粉的停留时间均较短。
其中Mo粉停留时间最长,其次是Nb、V和Ti粉,在合金化过程中出现了未熔体颗粒和夹杂气体引起的孔隙,钼粉产生的未熔体颗粒最多,锁孔波动是导致夹气孔隙的主要原因,在红外摄像机的帮助下。
报道了熔池的发射率,热性能的变化,熔池在合金化过程中的形态,然而,Gould等人(2021年)使用的样品是由一种材料,而在本实验中,样品是通过在Ti64熔池中合金化四种不同元素制成的,为了简化。
假设边界上的金属为Ti64,这是本研究中所有材料中熔点最低的,该假设提供了校正温度的近似值,而不是通过忽略边界处其他元素的存在而得到的绝对值,此外。
Gould et al.(2021)中的方法假设发,不考虑发射率随时间的变化,然后将公式1外推到所有帧的其余红外数据点,采用316l (Höganäs,直径分布为40 ~ 150 μm)的商用粉末进行L。
金属粉末的粒径分布不均匀,主要分布在71 ~ 106 μm之间,粉末的扫描电子显微镜(SEM)图像如上图所示,2.材料和方法,六种多组分合金退火组织的背散射电子显微图:(a) ,(b) CoCrFeMnCu,(c) CoMoFeMnCu。
(d) TiCrFeMnNi,(e)CoVFeMnNi,和(f) CoCrVMnNi,(a)中分散的小黑点是氧化物颗粒(主要包含Cr和M,这是由于原料中存在的微量氧,也可能是电弧熔化过程中的污染造成的,基片由激光辐照和加热。
导热主导传热过程,当基体温度局部高于熔点时,产生液态熔池,熔池表面出现高温梯度,由此产生的“马朗戈尼力”驱动液态金属流动。
由于熔池随激光光斑运动,熔化和凝固过程不断演化,因此需要考虑二元固液相区相变潜热、传热和流动行为,热通过对流和辐射从产品传递到周围,材料的性能(包括热物理性能和机械性能)取决于温度,激光、粉末和熔池的相互作用。
包括衰减效应,目前还不完全清楚,如上图所示,基于熔池的传热、传质和动量传递,建立热模型,揭示现场监测无法揭示的熔池内部关键信息。
高速相机(Photron FastCam SA-Z,日本)以30,000帧/秒的帧率和5微秒的曝光时间从可见光中获取,获得的图像空间分辨率为896 × 776像素,像素大小为2 μm,由于高速同步辐射x射线成像技术的二维特性,缺乏沿x射线束的深度信息。
这可能会影响粒子跟踪时粒子速度的计算,在实验中,为了降低深度的影响,提出了以下策略:(1)在送粉系统中,将所有颗粒排列在相同的送粉方向上,(2)应用深度/厚度为0.8 mm的基板。
(3)运行轨迹短:喷嘴到激光器的平均距离为数百微米,(4)所制备的激光束尺寸为120 μm,与粉末的发射轨迹长度相比,激光束尺寸要小得多,(5)本研究选择的测量对象是制备层顶面反射的粉末,还是进入熔体池的粉末,进一步缩小了深度值的范围,本文探讨了采用四种元素钼、铌、钛和钒的混合粉末。
采用激光定向能量沉积增材制备了MoNbTiV高熵合,事实上,在文献中已经观察到这种复杂缺陷现象的存在,这使得印刷参数的选择变得复杂,并减缓了原位合金化作为一种强大的高通量合成技术的发,喷嘴与激光束对齐,激光束为IPG YLR-500-AC连续波,波长为1070 nm。
最大功率输出为520 W,实验使用的激光束直径为120 μm,功率为260 W,激光传输速度为200 mm/s,基体材料为Ti-6Al-4V (Ti64),厚度为800 μm,虽然激光在实验中诱导了一个小孔,但使用该操作系统进行的实验中使用的能量密度与商业D。
如Wolff等人(2020)所述,在实验过程中,激光扫描策略是双向的,有多个激光通道,或制作层。
本研究的重点是两个激光层,图3为粉末颗粒中各元素(包括Nb、Mo、Ti和V),图3中的红点为粒子进入熔体池前各x射线帧的位置,相邻两个点之间的时间间隔为33.3 μs,当用黄线连接相邻的点时,可以跟踪每个粒子的传递轨迹。
当总轨迹长度除以粒子投放的相关时间间隔时,可以计算出每个粒子的平均投放速度,在当前工作中描述的原位实验是在阿贡国家实验室APS,图2为DED AM高速x射线成像实验装置的原理图,Beamline 32利用的x射线能量约为24.4。
光子流量约为每秒1015个光子,波长为0.508 Å,高光子通量使得该光束能够很好地理解动态事件的基本机,如激光粒子相互作用或熔池凝固动力学,在实验过程中,x射线束穿过Ti64衬底和熔池。
在光束线处用LuAG:Ce单晶闪烁体转换成可见光,x射线成像探测器放置在离样品0.3 m的下游,2.2,实验装置,1.1动机和高熵合金加工,在进行实验之前。
对红外相机进行了黑体校准,这需要通过估算发射率对测量温度进行进一步校正,估算发射率非常具有挑战性,因为熔池在不同的温度、物理状态和表面特征下具有多个,根据Gould等人(2021)建立的方法,在X射线图像上测量每个帧的锁孔和熔池尾部之间的距离,然后将其与红外相机对应帧的矩阵进行比较。
其中每个像素对应于未校正的辐射温度,从图1中的SEM图像和表1中给出的物理粉末尺寸可以,与平均长宽比为1.61±0.68和1.21±0.2,Mo和Ti粉末更小、尺寸更均匀、平均更球形,长宽比分别为1.12±0.10和1.04±0.05。
分别地而长圆形和不规则形状的Nb和V粉末具有平均大,这可能是由于在生产过程中对粉末进行了筛分,只能选择最窄的尺寸,除了几何结构上的差异外,元素粉末之间的许多热物理性质也有很大差异,包括熔点、密度、导热系数、热扩散率和熔合热,所有这些在不同元素之间的任何地方都可能在2到10倍。
例如,Johnson和Palmer(2019)证明,Mo的高热传导率导致热冲击诱发开裂的倾向,而周围具有低热传导率金属的Mo减少了DED过程中的,除了粉末之间的几何差异外,这些特性的差异在粉末流动、输送速度以及DED过程中,以Mo、Nb、Ti和v四种元素粉末为原料,采用激光定向能沉积技术对MoNbTiV高熵合金进行。
高速x射线成像通过直接观察来研究原位合金化过程,本文研究了四种不同元素粉末在相同工艺条件下的颗粒输,以揭示其在原位合金化过程中的性能,结果表明,在四种粉体中,Ti和Nb粉体的平均输运速度分别最大、最小,且输运速度受粉体颗粒特性、粒径和密度的影响。
2.3,红外热图像分析和定标,316l粉末的扫描电镜图,例如,当使用单一的预合金粉末(如SS316。
Ti-6Al-4V)进行DED时,传入粉末与合成沉积材料具有几乎相同的本构性能,这表明,在熔体池中凝固前粉末的熔化和混合程度对合成材料的本,相比之下。
通过DED进行原位合金化时,单一种类的入料粉末的本构性能可能与其他粉末种类和沉,例如,当使用元素“A”和元素“B”的粉末打印时,元素A、元素B和A + B合金之间的熔点、导热系数,同样地。
如果一个元素或元素B的粒子进入熔池在沉积和没有完全,生产材料是化学不均匀分散元素a和B的粒子(缺陷)在,这可能会导致与没有这些缺陷的a + B合金相比,具有本质上不同的性能的组织,1.3,先进光子源的Operando金属增材制造,1.2定向能沉积(DED)的RHEAs。
2.1.元素粉末及其特性,Yuan等人(2017年)在稀土金属HEA中测量了,与传统合金相比,某些HEA和CCA的性能有所改善,这引起了人们对极端环境中需要材料性能的应用的兴趣,如高超音速和核应用。
具体而言,HEA(RHEAs)难熔金属类中的几种合金在高温下,包括Senkov等人(2011)报告的经常研究的等,正如Senkov等人(2010年)所述,由于固溶体硬化。
RHEAs的维氏硬度值也比纯元素的维氏硬度值高得多,图5 通过高速硬x射线成像获得的粒子停留时间测量的,虽然等摩尔成分可能是研究新的多组分合金的自然起点,但等摩尔HEA成分不一定在给定的主要元素组合内具有,它们也不一定表现出任何其他属性的理想值(除了最大化,然而,考虑到可能的主元素组合的数量和可能的非等摩尔组合的,利用传统冶金工艺(如电弧熔炼、热锻)在实验上探索给。
如Li等人(2018a)所总结的,为了解决组合问题,许多研究人员采用高通量(HTP)合成技术快速生产大,除了x射线成像,还使用Telops Fast M3K高速红外相机观,该相机的光谱范围为1.5 ~ 5.4 μm。
并针对黑体进行校准,但是,利用x射线图像中可见的熔体池和已知的合金体系熔点,对每张红外图像进行测试后的灰体标定,具体讨论在2.3节中,红外摄像机被定位在自顶向下的方向。
相机大约离激光轴15度,更详细的信息可以参考Gould等人(2021),如灰体校准过程,安装系统的细节,以及使用该相机可观察到的特征,当前工作中的DED装置包括集成了激光扫描仪的镱光纤,以及来自powder Motion Labs的静电,如图2b所示。
更多细节见Wolff等人(2020),将等摩尔混合粉放入料斗中,送入内径200 μm的喷嘴,为了用氩载气沉积粉末,将粉末从料斗加到喷嘴的圆盘脉冲时间设定为0.1 m,氩气载气将粉末推入熔池作为保护气体的气体脉冲持续时。
喷嘴与x射线束以相对于基体表面60度的角度对齐,载氩气流量为10 ~ 6 m3/s,压力为172 kPa,2.4. x射线图像分析,图2 本文介绍了DED AM高速x射线成像实验装置,江苏激光联盟导读:。
doi.org/10.1016/j.jmatpro,上图给出了具有代表性的退火合金在抛光状态下的扫描电,正如Brif等人(2015)所述,增材制造是一种很有前途的HTP技术,它也可以制造具有复杂几何形状和优越本地化性能的HE,而不是批量和同质零件,一种特别有前途的增材制造(AM)工艺是使用定向能沉,它不同于依赖成分梯度(如组合薄膜、扩散偶)的技术。
允许研究人员生产离散的和任意体积的目标合金成分,Moorehead等人(2020)使用Mo-Nb-,Gu等人(2021)总结了DED用于HEAs的优点,如优异的机械性能、元素偏析和晶粒细化,Melia等人(2020)证明了利用高通量DED加。
发现在很多工艺空间内,存在未熔化粉末和脆性断裂和开裂等缺陷,图4 (a) Nb粒子,(b) Mo粒子,(c) Ti粒子和(d) V粒子在进入熔池前的最终,图1 使用了Mo、Nb、Ti和V粉末的扫描电镜图像。
来源:In situ X-ray and ther,Journal of MaterialsProce,表2 本研究中使用的元素粉末的热物理性质来源于Ka,除了本研究中阐述的DED系统,其他使用原位x射线成像来观察动态的操作DED系统包。
由Wolff等人(2019)在APS上单独观察进入,观察激光-粒子相互作用的机制,以及进入熔体池的粒子数量如何影响冷却速率,该方法结合了x射线和红外数据来计算更精确的温度,实验过程中红外相机帧率设定为10000帧/秒,帧空间分辨率为128 × 128像素,红外探测器的像素大小为30 μm,每个像素测量的 温度定义为整个像素区域的平均温度。
在数据采集过程中,红外相机配备了一个滤光片,其辐射温度范围在537 K至1567 K之间,通过DED扩展原位合金化的应用需要了解不同元素粉末,然而,由于金属AM过程中产生的高温和快速凝固速度,很少有原位实验技术可以探测到沉积和凝固过程中熔池内,然而。
正如Tang等人(2021)所证明的那样,在DED期间进行原位同轴熔体池监测的应用越来越多,它可以揭示温度分布、熔体池流动和粉末掺入情况,此外,相对较大的熔体池尺寸和凝固时间尺度会使原子建模在计,而根据Stender等人(2017)的报告,与连续尺度建模相比,由于捕捉单个颗粒熔化和流体流动所需的精细网格要求。
有限元建模技术也会遇到类似的困难,采用高速红外摄像机对样品进行实时温度测量,在金属增材制造过程中使用红外相机的主要挑战是过程中,发射率被认为是校准红外相机实现精确温度测量的关键因,发射率的确定是基于实验数据生成的经验模型,仅适用于特定的处理情况,此外,由于传感器的限制。
液态金属的发射率数据很少,而且正如Yan等人(2018)所述,过程的发射率随温度、波长和表面特性的不同而变化,然后,如Yan等人(2018)所列,在整个文献中都采用了使用恒定发射率和变发射率来确定,通过了解被监控对象的发射率值。
修正可以应用于红外相机的温度记录,导致更好的理解过程的温度测量,准确地找到粒子的熔化池的表面温度影响位置、熔池大小,参考文献:M.D,Abràmoff。
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Thermophys.,26 (6) (2005),pp,1873-1881,本研究中使用的元素粉末(>99.5%纯度)经气体雾,名义尺寸范围为∼45μm–150μm(-100/+,这是典型DED增材制造系统(如Optomec透镜M,Mo和Nb粉末从HC Starck采购。
Ti粉末从AP&C采购,V粉末从American Elements采购,手动称量、混合各种等摩尔元素粉末混合物,并在露天炉中加热至120°C 30分钟,以去除水分并改善流动性,每种粉末的扫描电子显微镜(SEM)图像均使用蔡司L,如图1所示。
激光辐射与粉末床相互作用区示意图概述,Mo、Nb、Ti和V被选为本研究中的名义等摩尔RH,主要是因为它们在二元体系中具有很高的互溶性,这将形成金属间化合物的可能性降至最低,从而导致样品开裂。
并使数据分析更加复杂,然而,尽管组成元素表现出高互溶性,但其不同的热物理性质和每种粉末的不同物理特性(例如,这些实验探索了进入熔池的单个元素粉末的相互作用,深入了解了熔池动力学和制造缺陷的起源,这对通过DED高通量合成技术进行原位合金化以及未来,本研究中阐述的Operato系统的优点。
特别是对于RHEAs的原位合金化,在于在混合、熔化和凝固过程中直接观察单个元素粉末及,为了获得观察单个元素粉末掺入和相关缺陷产生所需的空,本文介绍的研究使用同步辐射X射线成像来观察通过DE,使用安装在APS的定制粉末输送和激光系统。
使用Mo、Nb、Ti和V难熔金属粉末的混合物通过E,同时使用高速X射线和红外探测器进行成像,近年来,在合金开发领域,对高熵合金(HEAs)和更广泛的由多个主元素组成的。
正如Steurer(2020年)所指出的那样,在2004年至2018年期间,发表的关于HEAs的文章数量呈指数增长,尽管Gibb相律表明多组分合金的热力学平衡中可能存,但在实验中,观察到的相数通常远小于Gibb相律预测的最大值,并且HEA和CCA通常仅显示单相固溶体,正如Otto等人(2013)所报告的那样。
由高温计(a)及红外相机(b)拍摄的热像图,利用高速高分辨率硬x射线成像技术,可以捕捉激光-物质相互作用的动力学过程,如粒子运移轨迹、粒子运移速度和粒子在熔池中的熔化过,对于每一种类型的分析。
在这项研究中都追踪到了超过100个粉末颗粒,通过裁剪和改变ImageJ中的亮度和对比度,对高速x射线图像进行处理,以更好地显示流动或熔化池,这是Abràmoff等人(2004)提出的,因为不同的粉末在x射线图像中表现出不同的特性,根据图1所示的SEM图像。
使用ImageJ软件通过将每个粒子近似为椭球体来收,手动测量每个元素粉末中的至少200个粒子,表1显示了本研究中使用的元素粉末的几何性质,包括平均大/小直径和长径比,而表2显示了本研究中使用的元素粉末的热物理性质,如熔点、密度、导热系数、热容、熔化热、,热扩散率和热膨胀系数,在本研究中。
在校正红外温度值后,使用两种方法跟踪熔池,在第一种方法中,将发射率设置为一个恒定值,即所有红外帧发射率值的平均值,并根据该恒定发射率值计算红外温度,在第二种方法中,通过考虑每个红外帧的发射率随时间t的变化。
基于各自的帧发射率ε计算每个帧中每个像素的红外温度,1,介绍,Wolff等人(2021)证明了高速x射线成像在实,并揭示了该过程中的孔隙形成机制和动力学,Gould等人(2021)进一步扩展了该技术。
将原位高速红外(IR)成像纳入系统,允许同时观测地下特征,如缺陷形成和表面温度,Guo等人(2020)利用APS上LPBF的x射线,发现熔体池内的流动模式因参数和位置的不同而不同。
Chen等人(2020)利用x射线成像观察了在LP,将Inconel 718粉末混合到316H的SS基,发现了凝固过程中的偏析和开裂,正如Dass和Moridi(2019)所总结的,与所有金属基增材制造技术一样,使用DED会有缺陷,如缺乏熔合孔隙、锁孔孔隙、气阱孔隙、氧化物夹杂以及,然而。
正如Pegues等人(2021)所证明的那样,在通过DED进行原位合金化过程中使用混合元素粉末可,以及诱发在使用预合金粉末进行DED时通常观察不到的,单相HEA和CCA因其易于冶金加工和在宽温度范围和,除了相稳定性之外,正如Senkov et al.(2018)在审查了。
许多之前未开发的合金具有良好的高温强度,Shi等人(2017年)在分析了加工方法、合金元素,总结了HEA在酸性环境中的耐腐蚀性能,Jin等人(2016)研究了HEA的溶胀行为,并报告了空位扩散率化学无序引起的变化导致溶胀减少,Kuznetsov等人(2012年)观察到了HEA。
例如在Alcruchinfeco HEA中具有拉伸,表1 在本研究中使用的元素粉末的几何性质是从低倍扫,图3 (a) Nb粒子,(b) Mo粒子,(c) Ti粒子和(d) V粒子的传递轨迹示例,(d为图2a中锁孔与被送出粒子之间的距离,所有比例尺均为200 μm。
)。
关于从造得了到造得好,中国还需走几步?钛及其合金不同材料激光焊接的研究与发展现状(三)的内容就介绍到这里!