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激光立体成形高性能金属零件研究进展 被引量:118
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作者 黄卫东 林鑫 《中国材料进展》 CAS CSCD 2010年第6期12-27,共16页
激光立体成形技术是从20世纪80年代初期发展起来的一项先进制造技术,能够实现高性能复杂结构金属零件的无模具、快速、全致密近净成形。该技术可以用于承受强大力学载荷的三维实体金属零件的快速制造,也可应用于具有较复杂形状和较大体... 激光立体成形技术是从20世纪80年代初期发展起来的一项先进制造技术,能够实现高性能复杂结构金属零件的无模具、快速、全致密近净成形。该技术可以用于承受强大力学载荷的三维实体金属零件的快速制造,也可应用于具有较复杂形状和较大体积制造缺陷、误加工损伤或服役损伤零件的修复。主要围绕激光立体成形技术在追逐高力学性能方面的研究工作,综述了激光立体成形研究和应用的主要进展情况。对多种合金的大量研究工作表明:激光立体成形金属零件的综合力学性能同锻件相当,导致这样优越的力学性能的主要原因在于其材料组织致密、细小、均匀,可以通过优化成形工艺和热处理工艺而获得基本上没有冶金缺陷的状态。激光立体成形技术的主要应用对象是兼顾高性能和复杂结构的金属零件的制造和修复。实现高性能修复是激光立体成形技术最近的一个引人注目的研究进展,修复零件的力学性能可以仅在简单的退火热处理状态下即达到锻件力学性能标准,这使得过去认为不可修复的高性能重要金属零件具备了现实的修复技术途径,这必将是激光立体成形技术最有前景的应用方向之一。 展开更多
关键词 激光立体成形 金属零件 快速制造 修复
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热处理态激光立体成形Inconel 718高温合金的组织及力学性能 被引量:42
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作者 宋衎 喻凯 +3 位作者 林鑫 陈静 杨海欧 黄卫东 《金属学报》 CSCD 北大核心 2015年第8期935-942,共8页
研究了经过高温均匀化固溶处理+中间δ时效处理+双级时效处理的激光立体成形Inconel 718合金的组织及力学性能,并考察了热处理后合金的位错组态.结果表明,由于热处理过程中的再结晶行为,合金组织由沉积态的初始柱状晶转化为等轴晶.Lave... 研究了经过高温均匀化固溶处理+中间δ时效处理+双级时效处理的激光立体成形Inconel 718合金的组织及力学性能,并考察了热处理后合金的位错组态.结果表明,由于热处理过程中的再结晶行为,合金组织由沉积态的初始柱状晶转化为等轴晶.Laves相完全固溶,针状δ相以及γ″强化相分别在晶界处以及γ基体上大量弥散析出.激光立体成形Inconel 718合金热处理态的抗拉强度、屈服强度、延伸率以及断面收缩率均达到锻件标准.位错与γ″相的相互作用为位错切割γ″相以及位错绕过γ″相,在位错绕过γ″相的区域,位错密度比位错切割γ″相区域高.由于热处理态δ相尺寸大于锻件,位错会在δ相中发生塞积.碳化物和位错之间也存在强烈的相互作用,通过钉扎和拖曳作用来阻碍位错运动. 展开更多
关键词 激光立体成形 INCONEL 718 显微组织 力学性能 位错组态
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不同气氛激光立体成形镍基高温合金Inconel 718的显微组织和力学性能 被引量:31
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作者 刘奋成 林鑫 +3 位作者 杨高林 黄春平 陈静 黄卫东 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期1047-1054,共8页
在Ar气和空气环境中激光立体成形了Inconel 718镍基高温合金坯.显微组织观察、拉伸性能和高周疲劳性能测试结果表明:Ar气和空气环境中成形合金的沉积态和热处理态组织基本相同,沉积态组织为沿沉积方向连续生长的粗大柱状枝晶,组织细密,... 在Ar气和空气环境中激光立体成形了Inconel 718镍基高温合金坯.显微组织观察、拉伸性能和高周疲劳性能测试结果表明:Ar气和空气环境中成形合金的沉积态和热处理态组织基本相同,沉积态组织为沿沉积方向连续生长的粗大柱状枝晶,组织细密,均匀;热处理后发生再结晶,柱状晶转变为等轴晶;2种气氛下成形件热处理后的静载拉伸性能满足锻件标准,空气环境中成形试样的拉伸强度略高于Ar气环境中成形的试样,但是前者的塑性略低;前者的疲劳性能比后者约低30%,这主要是由于空气中成形的试样中存在较多的氧化物夹杂和显微气孔等缺陷;二者的疲劳性能均低于锻件标准,主要原因是试样中存在氧化物夹杂、显微气孔等冶金缺陷以及热处理后的晶粒尺寸较大. 展开更多
关键词 镍基高温合金 激光立体成形 气氛 显微组织 力学性能
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激光立体成形AlSi10Mg合金的微观组织及力学性能 被引量:20
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作者 丁莹 杨海欧 +3 位作者 白静 魏雷 陈静 林鑫 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期46-54,共9页
激光立体成形已逐渐成为大型高性能复杂铝合金构件制造的一条重要途径。采用具有不同波长的CO_2和YAG激光器在铸态基材上进行了AlSi10Mg合金的激光立体成形,研究了不同激光器对AlSi10Mg合金沉积态和T6热处理态下的微观组织和力学性能的... 激光立体成形已逐渐成为大型高性能复杂铝合金构件制造的一条重要途径。采用具有不同波长的CO_2和YAG激光器在铸态基材上进行了AlSi10Mg合金的激光立体成形,研究了不同激光器对AlSi10Mg合金沉积态和T6热处理态下的微观组织和力学性能的影响。利用XRD、OM和SEM研究了AlSi10Mg合金成形件的微观组织;利用电子拉力试验机测试了AlSi10Mg合金成形件的力学性能。结果表明:相比铸态基材,AlSi10Mg合金沉积态组织主要由<100>取向沿沉积方向外延生长的柱状α-Al枝晶和枝晶间呈纤维或颗粒状生长的Al-Si共晶组成,组织显著细化;且在530℃,3~5 min固溶处理后可实现共晶Si的球化。与CO_2激光相比,采用更短波长的YAG激光进行成形时组织更为细化。经T6热处理后,采用YAG激光成形的AlSi10Mg合金力学性能明显优于压铸铝合金。 展开更多
关键词 激光立体成形 增材制造 AlSi10Mg 微观组织 力学性能
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TiB_2增强Al-Si复合材料激光增材制造工艺及性能研究 被引量:18
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作者 廉清 吴一 +1 位作者 王浩伟 马乃恒 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2017年第22期113-117,共5页
采用激光立体成形(LSF)和激光选区熔化(SLM)两种激光增材制造工艺制备得到原位自生Ti B2/Al-Si复合材料,对其微观组织和力学性能展开了研究,探索不同激光增材制造工艺对铝基复合材料组织的作用,并分析其微观组织对宏观力学性能的影响机... 采用激光立体成形(LSF)和激光选区熔化(SLM)两种激光增材制造工艺制备得到原位自生Ti B2/Al-Si复合材料,对其微观组织和力学性能展开了研究,探索不同激光增材制造工艺对铝基复合材料组织的作用,并分析其微观组织对宏观力学性能的影响机制。结果表明,LSF试样由于热量积累导致Si呈块状析出,部分Ti B2颗粒熔化生成针状的Al3Ti相;而在SLM试样中,网格状Si及纳米级Ti B2颗粒弥散分布在基体之中,晶粒尺寸在200 nm^1μm之间,表现为粗晶区和细晶区交替出现的组织结构,无副相生成。除此之外,与LSF试样相比,SLM试样密度提高约2.8%,硬度有了明显的提升,稳定在130~135 HV之间。因此,现阶段SLM技术更加适合用于原位自生Ti B2/Al-Si复合材料的激光增材制造。 展开更多
关键词 激光增材制造 激光立体成形 激光选区熔化 TIB2颗粒 铝基复合材料
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激光立体成形Ti-80%Ni合金显微组织及力学性能 被引量:8
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作者 许小静 林鑫 +1 位作者 黄卫东 王亮 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期1081-1085,共5页
采用激光立体成形技术制备了Ti-80%Ni(质量分数)合金,研究了工艺参量对显微组织和力学性能的影响.结果表明,激光立体成形Ti-80%Ni合金由η-TiNi_3板条和TiNi(B2)+η共晶构成.随着激光扫描速率的增大,η板条逐渐转变为η板条+(TiNi(B2)+... 采用激光立体成形技术制备了Ti-80%Ni(质量分数)合金,研究了工艺参量对显微组织和力学性能的影响.结果表明,激光立体成形Ti-80%Ni合金由η-TiNi_3板条和TiNi(B2)+η共晶构成.随着激光扫描速率的增大,η板条逐渐转变为η板条+(TiNi(B2)+η)共晶,η板条尺寸随着扫描速率的增大而减小;随着激光功率的增大,共晶体积分数逐渐增大,η板条逐渐碎断转变为一定取向的块状组织,功率越大,块状组织越细,形成(TiNi(B2)+η)离异共晶组织+板块间(TiNi(B2)+η)共晶组织.激光扫描速率和激光功率的增大均导致硬脆η板条含量减少,合金的成形性和塑性增加. 展开更多
关键词 Ti-80%Ni 激光立体成形 工艺参数 微观组织 力学性能
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激光立体成形Ti_2A1Nb基合金组织演化 被引量:7
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作者 姜国政 陈静 +2 位作者 林鑫 赵晓明 黄卫东 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期437-441,共5页
利用SEM、XRD和TEM研究了激光立体成形(LSF,lasersolid forming)Ti2A1Nb基合金的组织演化规律。结果表明:激光立体成形Ti2A1Nb基合金沉积态组织由B2/β0相(ordered-bcc)和O相(orthorhombic)组成。沉积态的相组成及微观结构从成形试样顶... 利用SEM、XRD和TEM研究了激光立体成形(LSF,lasersolid forming)Ti2A1Nb基合金的组织演化规律。结果表明:激光立体成形Ti2A1Nb基合金沉积态组织由B2/β0相(ordered-bcc)和O相(orthorhombic)组成。沉积态的相组成及微观结构从成形试样顶部→中部→底部呈现从B2/β0固溶体→B2/β0+O魏氏体→B2/β0固溶体的变化,进而使得激光沉积态Ti2A1Nb基合金中间部位的显微硬度值最大,顶部与底部相当。合金显微硬度随激光功率的增大而增大。 展开更多
关键词 激光立体成形(lsf) TI2ALNB基合金 组织 O相
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成骨细胞在激光立体成形多孔钛表面的附着、增殖及ALP活性 被引量:6
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作者 刘智勇 穆亚星 +2 位作者 杨海欧 高勃 林鑫 《实用口腔医学杂志》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期603-606,共4页
目的:评价激光立体成形(LSF)的多孔钛对成骨细胞的生物相容性。方法:将SD大鼠成骨细胞接种于材料表面进行培养,对不同培养时间点成骨细胞在材料表面的黏附、增殖及ALP活性进行检测,并观察细胞形态。以经喷砂粗化处理的致密纯钛作为对照,... 目的:评价激光立体成形(LSF)的多孔钛对成骨细胞的生物相容性。方法:将SD大鼠成骨细胞接种于材料表面进行培养,对不同培养时间点成骨细胞在材料表面的黏附、增殖及ALP活性进行检测,并观察细胞形态。以经喷砂粗化处理的致密纯钛作为对照,用SPSS对试验结果进行统计分析。结果:培养2、3 h时实验组细胞贴附率高于对照组(P<0.05),4、7 d时细胞增殖和ALP活性明显高于对照组(P<0.05)。结论:激光成形的多孔钛材料具有良好的骨组织生物相容性。 展开更多
关键词 多孔钛 激光立体成形(lsf) 成骨细胞 生物相容性
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多路粉末送进激光立体成形钨合金组织凝固形态分析 被引量:4
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作者 杨海欧 王猛 +2 位作者 魏雷 林鑫 黄卫东 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期161-167,共7页
钨合金因具有优异的高温性能和抗蠕变、辐射、耐磨等性能在核工业、电子、兵器工业中备受关注。采用多路粉末送进的激光立体成形方法在碳钢基体表面制备了不同组分的Wi-Ni合金材料,研究了激光工艺参数对单道单层和单道多层W-Ni合金的微... 钨合金因具有优异的高温性能和抗蠕变、辐射、耐磨等性能在核工业、电子、兵器工业中备受关注。采用多路粉末送进的激光立体成形方法在碳钢基体表面制备了不同组分的Wi-Ni合金材料,研究了激光工艺参数对单道单层和单道多层W-Ni合金的微观组织的影响,利用CA模型进行了W-Ni合金的枝晶生长模拟,利用能谱和SEM表征的W-Ni合金成分及微观组织进行了对比。结果表明:合适的激光立体成形(LSF)工艺参数下,通过多路元素混合可以形成不同组分的W-Ni合金,合金内部组织致密,主要由未完全溶化的钨颗粒,以及W-Ni、W-Ni-Fe的化合物组成;多层沉积后,合金形成了明显的分层结构,组织从底部W-Ni-Fe杂乱枝晶逐渐过渡到顶部W-Ni二元共存的形态;CA模型的计算表明,在熔池底部无法消除等轴晶带来的影响,与试验结果一致;W90%-Ni(质量分数)的强度达到了882 MPa。 展开更多
关键词 激光立体成形(lsf) 钨合金 微观组织 多路粉末 枝晶
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基于分形扫描的TC4合金激光立体成形研究 被引量:4
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作者 马良 黄卫东 许小静 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第10期1731-1735,共5页
对分形扫描方式在TC4合金激光立体成形中的应用展开实验研究,探讨了分形扫描路径的成形特点,研究了激光立体成形工艺参数(激光功率、搭接率等)对TC4合金成形质量的影响,提出了分形扫描方式下消除熔合不良和孔洞的方法。研究发现,分形扫... 对分形扫描方式在TC4合金激光立体成形中的应用展开实验研究,探讨了分形扫描路径的成形特点,研究了激光立体成形工艺参数(激光功率、搭接率等)对TC4合金成形质量的影响,提出了分形扫描方式下消除熔合不良和孔洞的方法。研究发现,分形扫描方式下,TC4合金成形的主要缺陷为熔合不良和孔洞,其主要原因是分形路径拐弯处的沉积高度大于直线扫描时的沉积高度,从而使成形表面出现凹点;且随着激光功率的增加、搭接率的提高,TC4合金成形件的熔合不良和孔洞缺陷有所缓解,但是仍较明显。根据上述研究结论和分形扫描方式的成形特点,提出了"半光斑抖动"策略,即每层扫描起始点沿x、y方向偏移半个激光光斑,从而使上下两个沉积层形成的凹凸点相互叠加,有效地防止了成形表面质量的恶化。 展开更多
关键词 激光立体成形 分形扫描 TC4合金
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激光立体成形TC4合金的显微组织和拉伸性能 被引量:3
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作者 樊伟刚 张亚梅 +1 位作者 高倩雯 刘新春 《机械工程材料》 CAS CSCD 北大核心 2018年第11期58-61,66,共5页
采用激光立体成形技术制备TC4合金(沉积态)并进行退火处理,研究了沉积态和退火态合金的显微组织和拉伸性能,并与传统TC4合金的进行了对比。结果表明:激光立体成形合金的沉积态显微组织主要由针状马氏体α和β相组成,原始β晶界清晰可见... 采用激光立体成形技术制备TC4合金(沉积态)并进行退火处理,研究了沉积态和退火态合金的显微组织和拉伸性能,并与传统TC4合金的进行了对比。结果表明:激光立体成形合金的沉积态显微组织主要由针状马氏体α和β相组成,原始β晶界清晰可见,退火态显微组织由α板条和板条间β相组成;与沉积态组织相比,退火态组织中α相的体积分数增加,α板条粗化;沉积态和退火态激光立体成形合金的拉伸性能均优于传统退火态TC4合金的,退火处理降低了合金在垂直于和平行于扫描方向上的性能差异;与沉积态合金的相比,退火态合金在平行于扫描方向上的抗拉强度和屈服强度下降,伸长率和断面收缩率增大,在垂直于扫描方向上二者的拉伸性能相差很小;沉积态和退火态合金的拉伸断口均呈韧窝特征,断裂机制均为韧性断裂。 展开更多
关键词 激光立体成形(lsf) TC4合金 拉伸性能 显微组织
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激光立体成形Rene88DT镍基高温合金沉积态组织研究 被引量:2
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作者 杨海欧 赵宇凡 +3 位作者 许建军 林鑫 黄卫东 侯运安 《精密成形工程》 2019年第4期9-14,共6页
目的基于激光立体成形(Laser Solid Forming, LSF)过程中所存在的近快速凝固特性,以Rene88DT合金为研究对象,考察激光立体成形Rene88DT沉积态微观组织特征和相形成规律。方法通过LSF技术制备Rene88DT镍基高温合金单道沉积试样,采用光学... 目的基于激光立体成形(Laser Solid Forming, LSF)过程中所存在的近快速凝固特性,以Rene88DT合金为研究对象,考察激光立体成形Rene88DT沉积态微观组织特征和相形成规律。方法通过LSF技术制备Rene88DT镍基高温合金单道沉积试样,采用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)对组织进行观察,并用能谱仪(EDS)对试样中的析出相及微区成分进行分析。结果激光立体成形Rene88DT合金沉积态组织主要由沿趋于平行沉积方向生长的γ柱状晶组成,由于枝晶偏析的存在,以富Nb为主的块状MC碳化物以及板条状η(Ni3Ti)相于枝晶间区域析出。随着沉积高度的增加,一次枝晶臂间距有所增大,二次枝晶臂逐渐发达,同时,γ'相体积分数和尺寸逐渐减小,沉积层的硬度相应降低。结论尽管激光立体成形熔池凝固已属于近快速凝固范围,熔池凝固过程中,溶质原子同样易于在晶界处形成偏聚,导致晶界弱化,在成形热应力作用下易形成沿晶裂纹。 展开更多
关键词 激光立体成形(lsf) 增材制造 Rene88DT合金 组织 相组成
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激光立体成形TC4钛合金的热-力场演化 被引量:2
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作者 鹿旭飞 马良 +1 位作者 林鑫 郑宇翔 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1246-1252,共7页
激光立体成形能够实现高性能复杂零件的精确成形,但成形过程中的高温度梯度极易导致残余应力和变形,最终影响构件的几何精度和力学性能。通过搭建基板单边夹持原位热-变形测量系统,探究了多道多层TC4钛合金成形件在激光立体成形过程中... 激光立体成形能够实现高性能复杂零件的精确成形,但成形过程中的高温度梯度极易导致残余应力和变形,最终影响构件的几何精度和力学性能。通过搭建基板单边夹持原位热-变形测量系统,探究了多道多层TC4钛合金成形件在激光立体成形过程中基板温度、变形的演化规律,分析了不同扫描策略对构件热应力场的影响。研究结果表明,构件的变形发展受其热历史驱使,扫描策略对成形件的热变形具有显著影响。 展开更多
关键词 激光立体成形 扫描策略 热应力场 TC4钛合金
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Laser Solid Forming Repairing and Remanufacturing of High Strength Steel
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作者 Yang Haiou, Lin Xin, Wu Xiaoyu, Huang Chunping, Huang Weidong The State Key Laboratory of Solidification Processing, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2011年第S3期148-151,共4页
Laser solid forming (LSF) is an advanced manufacture technology developed from early 1990s, which can realize the rapid manufacturing high performance near-net-shaping complicated metallic components with full-dense d... Laser solid forming (LSF) is an advanced manufacture technology developed from early 1990s, which can realize the rapid manufacturing high performance near-net-shaping complicated metallic components with full-dense directly. Currently this technology has been widely used for rapid manufacturing of metal parts, repairing and remanufacturing service of large parts with defects in aerospace, energy, transportation industry etc. In present paper, the main progresses on the research and application of LSF are reviewed, and the emphasis has been focused on manufacturing high performance high strength steel metal parts. The results of LSFed high strength steel samples show that the comprehensive mechanical properties are usually in the classes of forging parts, which the dense, fine and homogeneous microstructure in LSFed parts, especially, high strength steel parts with metallurgical-defects-free can be obtained by careful optimizing the forming and heat treatment parameter. To realize the high performance repairing and remanufacturing of the high strength steel component is one of the most remarkable progress for LSF recently. The mechanical properties of the repaired and remanufacturing parts by LSF can reach the wrought standards only with annealing treatment. It is believed that the repair and remanufacturing of high performance metallic components by LSF should be one of the most promising applications for LSF in the coming future. 展开更多
关键词 laser solid forming (lsf) repairing and REMANUFACTURING high STRENGTH steel
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