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3、抗拉1.6GPa,延伸率8.1%!激光辅助增材制造高强韧空间异质结构钢
激光粉床熔化成形,镍基合金将成为3D打印最新材料
表1 L-PBF成形IN625合金零件主要缺陷及形,XRD结果表明L-PBF成形的IN625合金由γ基,合金凝固方程为L→L+γ→L+γ+NbC+Lave,很容易形成Laves相和NbC相,由于冷却时间短,碳化物来不及生长,数量远少于Laves相,合金拉伸性能呈现出典型的各向异性特点。
拉升强度沿着水平方向高于沿着竖直方向,层与层之间的边界处在SLM沉积过程中的性能弱区,容易发生组织粗化,强度较低,同时容易产生裂纹,裂纹沿着层层边界进行拓展,这是导致沿着竖直方向沉积LPBF-IN625试样力。
背景介绍,增材制造又称为3D打印,是近30年发展起来的一种先进制造技术,理论上,增材制造技术可以将任何CAD模型转化为物理实体,这极大地增加了复杂零件的几何设计自由度和制造能力。
图2 “As-built”态IN625合金的宏观形,Inconel 625 (IN625)是一种镍基高,主要利用Ni-Cr基体中如钼(Mo)和铌(Nb)等,同时在不同环境中的耐蚀性和可焊性也较好,然而,IN625由于其高硬度、低导热系数和高加工硬化率,被认为是难加工或难以用减材制造的合金,在机械加工的过程中。
机加工刀具的磨损很快,并且这种材料在铸造或锻造时较难控制其性能,因此很有必要探索Inconel 625镍基高温合金,从而大量减少传统制造中所需的机加工,同时也可以极大的提高零件的设计自由度,增加内部复杂冷却流道等,图1 激光粉床熔化技术示意图【30】,析出相。
(3) 建立预测LPBF-IN625合金组织演变和,即建立LPBF参数、组织、残余应力和力学性能之间的,目前,航空航天行业对于极端温度和环境下部件的性能和效率要,激光粉床熔化已成为生产复杂高效IN625部件的极具。
与L-PBF过程相关的变量有很多,如激光功率、扫描速度、扫描间距和层厚等,所有这些变量都需要进行适当的控制,以成功且可靠地形成最终可用的部件,否则将导致球化、变形、气孔、裂纹和低致密度等严重影,此外,“As-built”态的L-PBF成形的零件表面质。
因此常常需要表面加工、热处理等后处理过程,总结与展望,采用均匀光斑时,熔池底部获得良好的外延生长,对流不足以破坏原有的生长特点,晶体依旧沿着最有利的,方向生长。
并逐步向上延伸,经过EBSD分析,对于高斯光斑区,外延区单晶很少,大约只有0.5mm。
而在均匀光斑区,单晶外延在中部可以达到4mm的高度,表2 不同文献中L-PBF成形IN625零件的力学,近日,《Applied Sciences》上发表的题为“。
系统地总结了近年来有关L-PBF成形IN625合金,从消除或缓解构件中的残余应力,提高成形质量(改善表面粗糙度、致密度、微观组织和力,介绍了一些有效的解决方案,如调整激光参数、基体预热、表面加工、添加增强相、进,为提高IN625镍基合金L-PBF成形零件的综合性,最后。
文章还指出了L-PBF成形IN625合金零件研究中,L-PBF作为一种重要的增材制造技术,为复杂零部件的生产提供了巨大的潜力,目前对L-PBF成形IN625合金的研究主要集中在,由于LPBF工艺涉及冶金、物理、化学、热耦合等复杂。
工艺参数之间的匹配关系非常复杂,因此目前IN625的L-PBF工艺参数还不成熟,如试样中经常存在较大残余应力而导致裂纹产生,层间也经常出现孔洞、裂纹、夹杂等其它缺陷,文章链接:A Review on Laser Po,(选区激光熔化成形、镍基合金、激光粉床熔化成形、金,力学性能。
图4 不同激光能量形式下成形件纵截面EBSD取向分,由于LPBF-IN625合金中存在织构,试样的性能各向异性经常出现,但有时成形面之间的性能差异并不理想,此外,非平衡凝固导致基体金属中合金元素的固溶极限显著提高,使得L-PBF零件的性能不同于传统的块体材料,迄今为止。
对IN625的L-PBF的研究主要集中在显微硬度和,而对其它重要性能如高温拉伸强度、耐腐蚀性和蠕变性能,因此,今后的研究应着重于以下几个方面:,微观组织,成形缺陷,对于金属来说。
激光粉床熔化成形(L-PBF: laser pow,也称为选区激光熔化成型SLM)主要利用高能量激光束,在凝固和冷却后可形成高性能部件,是最有前景的增材制造技术之一,该项技术尤其适合于小批量、高精度、个性化、复杂结构。
在航空航天、生物医疗、汽车、磨具等领域具有广泛的应,图5 L-PBF成形IN625的微观晶粒拓扑结构图,Key words: Selective lase,Ni based alloy,Laser powder bed fusion,Inconel 625。
Heat treatment,Mechanical properties,和大多数L-PBF成形合金类似,as-built态的IN625合金主要由胞状枝晶和,晶粒均匀细小,具有明显的快速凝固特征,试样主要由单一的奥氏体相构成,由于激光工艺参数的影响。
试样内存在夹杂、孔洞、裂纹、层间未熔合等缺陷,并且试样内高程度的残余应力只能通过后期的高温热处理,图3 Ni基合金L-PBF态EBSD取向分布图[6,各向异性,(2) 研究LPBF-IN625合金的高温和低温性,阐明其形成原因。
特别是“As-built”态和后处理状态下宏观各向,L-PBF成形Ni基合金大都具有明显的各向异性,大部分晶粒沿着,方向生长,在熔池的边界分布有大量的细小晶粒。
织构呈现典型的{100},型立方织构,成形件晶粒生长方向与扫描策略密切相关,当采用十字交叉扫描方式,晶粒最快生长方向,垂直于成形基板。
当采用单向扫描时,晶粒的生长方向与成形方向成60度夹角,这种现象主要由于激光点光源运动时,热流方向并不是完全与生长方向对称引起的,(1) 对IN625合金铸态和后处理后的宏观缺陷和,深入探讨宏观缺陷(气孔、微裂纹、球化、未熔化区)的,总体特征&残余应力。
r30155铁基高温合金
管材系列规格:外径φ1.0-φ160 壁厚φ0.2,材系列规格:厚度1MM-100MM,主要规格:,带(卷)材系列规格:厚0.03-2.50,非标特殊产品可按客户要求生产/加工,圆棒系列规格:直径φ1-φ500。
双相钢、耐热钢、耐热合金、耐蚀合金、奥氏体钢、马氏,适用于石油、化工、船舶、核工、、及矿山等行业,产品有:17-4PH,棒 材锻件法兰,2520,棒材圆钢锻件F51圆钢棒材 4 耐热合金 Ns33。
线材系列规格: 厚0.05-3.00,r30155铁基高温合金。
抗拉1.6GPa,延伸率8.1%!激光辅助增材制造高强韧空间异质结构钢
Fe-18.3Ni-9.1Co-4.9Mo-0.7,wt%)和AISI420不锈钢粉末(,图16 MS/SSSHM的机械性能与(a)AM处理,301)的比较SS/420SS、铜青铜、Al/Ti,图11 HTed h2 SHM 样品在拉伸试验期间,图12 拉伸试验后h2样品的EBSD分析,(a)显示靠近裂缝位置的EBSD测量区域的示意图,(b)区分MS和SS区域的EDS映射分析。
(c)IPF和(d)GND映射,本研究使用了两种气体雾化球形粉末,即300级马氏体时效钢(C300MS)粉末(,图2 显示缺陷3D分布的CT切片和断层照片,(a)取自h1=1.35mm样品的典型CT截面,(b)h1=1.35mm和(c)h2=1.5mm样。
图3 具有不同开口间距值的LAAM处理的SHM的3,然而,上述四种由增材制造处理的多材料系统都具有层状结构的,即仅沿一个方向的异质结构,这些层状异质结构背后的加工方法和设计动机可能受到A,这些异质材料系统无法充分利用增材制造在复杂异质结构,此外。
它们还倾向于表现出各向异性的机械性能,这在研究和工业应用之间造成了差距,链接:https://www.sciencedir,图5 h2=1.5mm和h4=2mm加工的SHM的,(a)显示两个样品不同形貌的低倍图像,以及显示(b)和(c)中的h2样品以及(d)至(f,图13 单片C300MS、420SS和MS/SSS,图1 粉末和实验过程。
(a)粉末形态和送粉路线,(b)LAAM工艺示意图,(c)显示空间异质结构钢的逐步LAAM沉积工艺的示,图6 (a)EDS映射和(b)沿h2样品构建方向(,元素组成以wt.%为单位,图4 SHM样品在顶部(X-Y)平面上观察到的微观,显示暗MS和亮SS轨迹。
(e)和(f)分别为(b)中标记的e和f区域的近距,Fe-13.78Cr-1.04Mn-0.85Si-,wt%),沉积过程使用内部开发的粉末吹制LAAM系统进行,该系统配备1kWIPG镱(YLR-1000-MM-,粉末的形态和粉末流动路径如图1a所示。
两种粉末从TWIN10-C送粉器(Oerlikon,LAAM工艺的示意图如图1b所示,本文首次报道了使用LAAM加工的MS/SS材料的非,旨在将两种材料的优点整合为一个部分,以实现强度-延展性的协同作用,增材制造(AM)的最新进展为加工异质金属材料提供了,现有关于AM异质结构材料的文献主要可分为四类:(i,例如铜合金基板上的马氏体时效钢的AM。
在这种情况下,界面可能会出现从材料A到B的急剧过渡,由于物理和冶金不匹配,裂纹很容易在界面中萌生,(ii)材料A在材料B上的AM。
材料C作为中间层,可以缓解界面失配,因为中间材料C通常在材料A和B之间具有良好的相容性,此外,中间层还抑制脆性相(金属间化合物或金属碳化物)在结,值得注意的是,中间层可以在激光工艺期间原位形成。
而无需在A和B之间沉积另一种材料,(iii)材料A和B的AM,两种材料的重量百分比梯度变化,这允许更平滑的过渡在材料A和B之间的机械性能方面,(iv)材料A和材料B的AM沉积交替形成层状结构,例如交替的Inconel625合金和316L不锈钢,最近也有报道。
导读:当前的异质结构材料具有平衡强度-延展性相悖问,但也面临着异质区分布和力学各向异性的挑战,本研究探索了具有非层状空间异质结构材料 (SHM),大幅度增强整体性能,事实证明,开口间距 (h) 对SHM的微观结构演变和机械性能,它影响层厚度和相互稀释区域。
在多尺度上评估了SHM的机械性能,h为1.5 mm的样品具有约1.6 GPa的高抗拉,显示出良好的强度-延展性组合,与文献中报道的许多层状和线性功能梯度材料相比,SHM 的强度要高得多,研究结果强调了一种新的方法。
通过使用多种材料的LAAM,遵循可配置的体系结构,可以开发具有可调性能的非层状空间异质结构材料,图9 MS/SSSHM以及单片MS和SS样品的工程,(a)不同h值对SHM样品拉伸应力-应变的影响,和(b)AISI420、C300MS和h2SHM样。
图15 开口间距对断裂行为和断裂机制的影响,(a)和(b)h1=1.35mm样品,(c)多层金属中强度和层厚度之间关系的示意图,(d)和(e)h2=1.5mm样品,(f)和(g))h4=2.0mm样品,图7 h2样品的EBSD分析,(a)对应于图6a区域的低倍率IPF和(b)SS和。
(c)对应于(b)显示不同结构形态的带对比度图,以及(d)边缘的IPF,在此,新加坡制造技术研究院谭超林等人探索了使用激光辅助增,以形成具有可配置架构的空间异质结构材料(SHM),研究了工艺参数对空间异质结构和力学性能的影响,研究了两种材料之间的微观结构演变和潜在的强化机制,此外。
还监测了原位变形行为,并讨论了断裂机制,这项研究强调了使用增材制造促进具有空间异质结构的多,相关研究成果以题“Laser aided addi,SHM样品的强度比层状材料和线性FGM高得多,ROM和HDIS解释了潜在的强化机制,在拉伸过程中DIC原位观察到的SHM中的多个变形带,这与TRIP效应一起有助于良好的延展性。
研究结果展示了一种通过使用AM将多种材料的优点整合,这项工作可以激发具有可配置架构的空间异质结构材料的,以获得卓越的性能和新颖的功能,同时,这项工作也有一些局限性,需要进一步研究,例如如何控制熔池和稀释区域的尺寸分辨率,沿Z方向拉伸试验或压缩试验来检查力学各向异性。
特性,并通过有限元模拟进一步了解变形过程中的3D应变/应,此外,使用线粉或线材作为增材制造的基于电弧/激光的增材制,目前尚缺乏探索,将是未来的研究热点,图8 LAAM处理的SHM的硬度分布,(a)多个激光轨迹的硬度转变。
以及显示(b)预制和(c)高温处理后条件下h2样品,图14 SHM选定区域的微柱压缩测试,(a)显示微柱位置以及测试前代表性微柱形态的概览,(b)不同微柱的压缩应力-应变曲线,以及(c)-(f)柱1至4的SEM断裂图像测试后。
图10 拉伸试验后SHM样品的SEM断口分析,(a)到(d)分别用于h1到h4SHM样本,以及(e)在h3SHM样本上的EDS映射,使用传统合金设计通过改变均质材料的化学成分或微观结,例如,增加碳含量是制造高强度钢最有效和最经济的方法之一,但它可能会导致延展性、焊接性和加工性下降。
以及开裂倾向的增加等副作用,具有成分、相和微观结构异质性的材料,例如层压材料、成分、晶粒或织构分级材料、谐波结构和,往往会导致性能增强,这些杂区中的相互作用产生了协同效应,例如,已经证明在层压结构中诱发的几种微观机制。
如裂纹桥接、裂纹钝化和应力重新分布,可以延迟部件断裂,此外,通过冷轧加工的叠层钢也突出了不同叠层结构对调整疲劳,目前,异质结构材料主要通过冷轧、表面处理(如表面机械磨损,然而。
这些方法在控制异质区域的体积分数和分布方面面临挑战,或者在组件的尺寸和几何形状方面受到限制,因此,缺乏通用且成熟的加工方法来制造具有可配置架构的块状。
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