增材制造

常成 , 闫星辰 , GARDANJulien , DENGSihao , BOLOTRodolphe , LIAOHanlin

2021(4):309-317.

[摘要](338) [HTML](0) [PDF 3.57 M](610)

摘要:
为进一步提高激光3D打印CX不锈钢材料的机械性能，首先使用静电自组装方法对CX钢粉末表面进行了纳米WC粉末的修饰，之后对经纳米WC表面修饰的CX钢粉末进行了激光选区熔化成形 (Selective laser melting，SLM)，对比了添加体积分数5%的WC前后的SLM CX钢试样的机械性能．结合金相显微镜 (OM)、扫描电子显微镜 (SEM)、能谱分析 (EDS) 及电子背散射衍射（EBSD）等材料表征手段，对SLM nano-WC/CX钢试样的微观组织结构、元素分布及相应机械性能进行了对比分析．结果表明：体积分数为5%的纳米WC的加入，对SLM nano-WC/CX钢的硬度提升有所帮助，使硬度值从352±8.2 HV_0.2提升至361±23.5 HV_0.2；尽管纳米WC的加入使SLM nano-WC/CX钢的延伸率有所降低，但其最大拉伸强度则由1091.4±6.12 MPa提升到了1109.7±15.26 MPa．总之，初步探索可以发现，通过静电自组装方法，在CX钢粉末表面添加适量的纳米WC颗粒可以有效改善SLM CX钢的最终机械性能．

2 冷喷涂/选区激光熔化复合增材制造成形纯铜显微结构与力学性能的研究

邹永鸣 , 薛宝龙 , 殷硕 , 邱兆国 , 曾德长 , 谢迎春

2021(4):318-325.

[摘要](178) [HTML](0) [PDF 2.65 M](584)

摘要:
基于冷喷涂和选区激光熔化复合增材制造技术，以经热处理的冷喷涂沉积纯铜为基体进行选区激光熔化成形，成功制备出具有多重组织结构和优异结合强度的纯铜试样，并通过金相显微镜、扫描电子显微镜和拉伸试验等分析测试方法，系统研究了热处理对其显微结构和力学性能的影响．研究结果表明：以原始态冷喷涂沉积纯铜为基体进行选区激光熔化成形时，试样上下两部分分别由均匀排列的鱼鳞状熔道和扁平化沉积粒子堆积搭接而成，两者界面由于冷喷涂沉积粒子之间的机械结合和局部冶金结合而表现出较低的结合强度；冷喷涂沉积纯铜经热处理之后，其晶粒发生再结晶和长大而形成大量等轴晶和孪晶，有效地愈合了沉积粒子之间的界面；与此同时，由于选区激光熔化成形过程中的定向散热和凝固特性，成形纯铜试样内部晶粒呈柱状生长，部分柱状晶穿过熔池边界并在界面处与冷喷涂沉积纯铜冶金结合，从而使得试样结合强度显著提高，其值高达62 MPa，较冷喷涂沉积纯铜提高了38%．表明，基于冷喷涂和选区激光熔化复合增材制造技术的可行性，为快速实现大尺寸、复杂结构、高精度金属构件指明了新的方向．

3 纯钨/310不锈钢异种材料激光熔化沉积探究

张云博 , 刘兴宇 , 孟琨 , 邢飞

2021(4):326-333.

[摘要](139) [HTML](0) [PDF 3.01 M](351)

摘要:
采用激光熔化沉积的方法，在310S奥氏体不锈钢钢表面进行纯钨材料的增材制造．结合金相显微镜 (OM)、扫描电子显微镜 (SEM)、能谱分析 (EDS) 、X 射线衍射 (XRD) 及显微硬度仪等材料表征手段，对试样的微观组织结构、元素分布、物相组成及显微硬度进行了对比分析．结果表明：沉积层内部存在未完全熔化的钨颗粒，同时也存在完全熔化后重新凝固的富钨组织，其为金属间化合物Fe₇W₆，并且该化合物主要以枝晶形式存在；未完全熔化的钨颗粒与铁基基质呈良好的冶金结合，结合界面生成了Fe₇W₆/W的核壳结构．

4 打印角度对SLM增材制造Al250C铝合金的残余应力影响分析

吴涛 , 张昭 , 王冲 , 张恺

2021(4):334-340.

[摘要](212) [HTML](0) [PDF 1.26 M](763)

摘要:
激光选区融化Selective Laser Melting（SLM）作为先进的增材制造技术（又称3D打印）受到高附加值的航空航天产业特别关注，但是在SLM过程中不断重复的融化和凝固过程导致残余应力的出现，残余应力会导致几何变形、内部裂纹及零件在交变载荷或腐蚀环境下过早失效等各种问题．利用SLM技术基于不同打印方向制造Al250C铝合金样品，并且使用小孔法测量样品的残余应力．由于增材制造技术生产的金属部件的微观结构具有各向异性、强织构和微观偏析等特点，为了提高小孔法测量结果的可靠性，打印样品的材料各向异性特征需要考虑到残余应力的数据分析中．通过实验测量结果可以发现，打印方向对样品中的残余应力分布有显著的影响，使用各向异性和各向同性的材料系数分析残余应力的结果差别可达70 MPa.

5 激光增材制造FeNi坡莫合金及其磁性能研究

高硕洪 , 卢冰文 , NOUREDINEFenineche , LIAOHanlin

2021(4):341-349.

[摘要](290) [HTML](0) [PDF 3.21 M](797)

摘要:
以Fe-50%Ni预合金粉末为原材料，并采用激光选区熔化（Selective laser melting, SLM）技术制备坡莫合金，通过光学显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜等对采用不同工艺参数制备的SLM Fe-50%Ni合金的微观组织进行观察表征，分别在直流及交流条件下采用磁性能测试仪对其稳态磁性能及动态磁性能进行测试分析，其中直流测试中最大外磁场强度为5000 A/m．同时，研究了在交流条件下外磁场强为10 mT时不同频率下的铁损变化．研究结果表明：随着扫描速度的降低，即激光体积能量密度的增加，合金样品的孔隙率降低，显微硬度升高，但是过高的能量密度也使得热应力增加而产生微裂纹，晶粒尺寸也较大；合金样品的主相均为γ-(Fe-Ni)相，微观组织主要为沿打印方向的柱状晶组织，但在其熔池边界附近也存在少量的等轴晶，晶粒大小呈现微观不均匀性；选择适合的能量密度对合金的内部质量及性能至关重要，在使用较适合的体积能量密度制备的SLM合金样品的相对孔隙率低于0.5%、矫顽力为270 A/m、饱和磁感应强度为1.2 T、剩余饱和磁感应强度为0.4 T；当磁场强度为10 mT时，随着频率从10 kHz增加至100 kHz，铁损随着频率的升高而升高．

6 激光选区熔化成形Ti⁃12Mo⁃6Zr⁃2Fe（TMZF）合金微观组织及力学性能的研究

褚清坤 , 闫星辰 , 岳术俊 , 王振国 , 刘敏

2021(4):350-357.

[摘要](278) [HTML](0) [PDF 3.65 M](529)

摘要:
为了探究激光选区熔化（Selective laser melting，SLM）Ti-12Mo-6Zr-2Fe（TMZF）合金的微观组织与力学性能，采用TMZF合金粉进行激光增材制造，研究了铸造TMZF合金与SLM TMZF合金试样微观组织与力学性能的差异．结合X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)等材料表征手段，对TMZF合金试样的物相分布、微观组织结构、元素分布及试样拉伸断口进行了对比分析．结果表明：SLM TMZF试样与铸造TMZF试样的组织中都含有大量β-Ti组织；SLM TMZF试样的平均显微硬度为355.7±5.64 HV_0.2，铸造TMZF试样的平均显微硬度为354.8±5.44 HV_0.2；SLM TMZF试样的屈服强度为934±4.1 MPa、抗拉强度为993±2.4 MPa、延伸率为14.4±0.6 %，而铸造 TMZF试样的屈服强度为1052±12.1 MPa、抗拉强度为1055±11.7 MPa、延伸率为10.4±1.2 %．为进一步探究激光选区熔化制备TMZF的后处理打下基础．