摘要：金属增材制造技术以逐层快速熔/凝、堆积金属或合金材料为基本原理,以"添加"制造的方式成形任意形状零件,具有成形效率高、材料利用率高、成本低、复杂异形结构和高熔点材料的成形能力强等优点,在民用航空构件的减重、快速构型更改、集成化制造等方面具有传统工艺无法比拟的技术优势。面向增材制造技术的金属原材料和成形工艺丰富多样,为制备不同尺寸、不同形状、不同使用环境要求的构件提供了更多的选择,为减重、增效、成本控制提供了新的路径。因此,国内外均在积极制订相关重大战略规划以抢占增材制造创新技术先机、推进制造业的转型升级。全球制造商和高校等机构开展了大量增材制造原材料、工艺、性能方面的应用研究,其中以民用航空尖端制造业的应用研究最为典型。与其他领域不同,增材制造金属构件在民机上的装机应用需要经历严格的适航验证程序,形成标准规范技术体系,实现制造过程和产品质量的稳定可控,最终才能装机使用。本文介绍了金属增材制造的国内外政策概况、原材料与成形工艺分类、无损检测类型、民用飞机的应用研究情况,指出了针对金属增材制造在民用航空领域扩大应用的研究和发展趋势。

摘要：多光束激光选区熔化技术可提高传统激光选区熔化的成形效率,实现大幅面复杂零件的直接成形。由于不同光束扫描区域之间会通过一定方式实现幅面拼接,而拼接区的熔凝方式与其他区域不同,这会对零件的成形特性造成影响。针对激光选区熔化区域拼接,设计了重熔拼接和交错拼接两类拼接方式,研究了拼接方式对TC4钛合金成形特性的影响,分析了其表面形貌尺寸误差以及内部拼接缺陷的产生机制。结果表明在交错拼接方式下,相邻两层之间的拼接界面彼此错开,在保证相邻激光分区有效熔合的同时,可有效控制激光重复扫描过程中重熔的影响范围,成形试样表面平整,内部无明显缺陷;采用该拼接方式可提升的多光束激光选区熔化成形零件的尺寸精度及冶金质量。

摘要：多孔Si_(3)N_(4)陶瓷由于其优秀的性能而被应用于航空航天等领域,添加造孔剂法是一种有效制备多孔Si_(3)N_(4)陶瓷的方法。采用数字光处理(Digital light processing,DLP)技术结合添加造孔剂法制备多孔Si_(3)N_(4)陶瓷,系统地研究了淀粉、稻壳粉、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)四种造孔剂对多孔Si_(3)N_(4)陶瓷性能的影响规律。研究表明,造孔剂粉体颗粒比表面积的不同对浆料黏度有所影响,其中,稻壳粉比表面积最大,其浆料黏度最小。同时,陶瓷浆料中固相含量的升高会导致固化深度降低;而固体颗粒的平均粒径增大会降低对紫外光的散射,使固化深度升高。此外,造孔剂的物理性质与形态差异会对素坯与烧结样品的微观形貌产生影响,但不影响多孔Si_(3)N_(4)陶瓷的相转变过程与断裂方式。多孔Si_(3)N_(4)陶瓷的抗弯强度随着孔隙率的增加而减小,而孔隙率则与造孔剂自身的物理性质和所形成孔隙的特点密切相关。综合考虑不同造孔剂对陶瓷浆料黏度和固化深度以及DLP打印素坯的质量与烧结样品性能的影响,选用PMMA造孔剂比较合适。添加10%PMMA作为造孔剂时,多孔Si_(3)N_(4)陶瓷的综合性能较好,体积密度为2.66 g/cm^(3),孔隙率为20.10%,抗弯强度为463.43 MPa。

摘要：孔洞、未熔粉、裂纹是在激光选区熔化制备试样过程中常见的缺陷,迄今为止,大量研究均集中在减少缺陷上,关于工艺参数对缺陷影响的研究较少。本文系统研究了工艺参数对激光选区熔化Ti6Al4V合金相对密度、表面粗糙度、力学性能的影响。结果表明,低激光功率、高扫描速度和高层厚将会引起不充分的粉末熔化以及球化效应。最佳工艺参数为激光功率200 W,扫描速度500 mm/s,层厚10μm,扫描间距105μm。在该参数下,试样的抗拉强度1077 MPa,屈服强度907 MPa。

摘要：采用选区激光熔化技术增材制造了TA15钛合金。结果表明,随着激光功率、激光扫描速率、扫描道间距的增加,TA15试样的致密度均呈显先增大后减小的趋势;作用于粉床的激光能量密度是一个较好的工艺参数判据,低能量密度下,由于粉末不能完全熔化通常会出现不规则熔合不良型孔洞;高能量密度下因气体析出和裹陷而出现圆形气孔;在60~127 J/mm^3的中等能量密度下可得到致密度不低于99.15%的TA15试样。

摘要：选区激光熔化成形的TA15钛合金塑性往往较差,通过热处理使沉积态试样中的马氏体转变为(α+β)层片组织是提高其塑性的常用手段。利用SLM过程独特的热历史可促使马氏体原位分解,实现一定程度的组织调控。本文采用选区激光熔化技术制备了圆柱体和倒锥体TA15合金试样,通过温度场模拟评估了试样的热积累程度,并分析了其对试样组织演化的影响。结果表明,圆柱体试样的晶粒组织为β柱状晶,其内部物相以α′马氏体为主;倒锥体试样内部存在更大程度的热积累,其β晶粒形貌存在向等轴晶转变的趋势,同时α′马氏体原位分解形成(α+β)层片状组织。热积累导致的温度升高和在高温区间较长的停留时间是α′马氏体发生原位分解的原因。

摘要：铝锂合金在航空航天构件制备中应用潜力巨大。激光选区熔化成形(SLM)技术在复杂轻量化结构整体成形方面具备独特优势,但SLM直接成形的铝锂合金力学性能较低,需要通过热处理优化其力学性能。本文研究了T6时效和双级时效制度对SLM成形2196铝锂合金组织性能的影响。结果表明,170℃/36 h(T6)时效处理后,在纳米T_(1)(Al_(2)CuLi)强化相的作用下,强度大大提高,但断后伸长率明显下降;130℃/6 h+170℃/24 h时效处理后,T_(1)相尺寸更小,数密度更高,强度和断后伸长率均高于T6态;170℃/36 h+115℃/4 h时效处理后,合金中额外形成了大量原子团簇,在保持断后伸长率的同时,强度再次提高。

摘要：金属激光增材制造过程中,热应力导致零件发生形变;气孔与熔合不良等缺陷降低零件的拉伸以及疲劳性能;熔池内的凝固微观组织,尤其是柱状晶等轴晶转变(Columnar to Equiaxed Transition,CET)是影响零件性能的重要因素。针对上述3个方面,回顾了金属激光增材制造数值模拟的发展历史,对其研究现状和存在问题进行了评述,阐述了金属激光增材制造过程中所采用的数值模型和数值方法,包括热应力分析的有限元(Finite Element Method,FEM)方法、模拟熔池金属液流动的计算流体力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD),以及凝固微观组织模拟的相场法(Phase Field,PF)和元胞自动机方法(Cellular Automaton,CA)。在此基础上对金属激光增材制造过程数值模拟的前景及趋势进行了展望。

摘要：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。

摘要：Ti60合金具有较高的比强度且能长时间在600℃高温条件下服役,利用激光粉末床熔融(LPBF)技术成形Ti60合金有望满足航空航天等领域关键构件耐高温和轻量化的需求。系统研究了工艺参数对LPBF成形Ti60合金致密度、显微组织和显微硬度的影响规律,并在此基础上对其室温拉伸和高温拉伸性能进行评价。结果表明,LPBF成形Ti60合金的显微组织主要为细针状α′马氏体,这种组织的平均厚度与体能量密度大小呈负相关性。LPBF成形Ti60合金室温条件下的屈服强度为1164 MPa、抗拉强度为1321 MPa,伸长率为2.5%,600℃高温拉伸条件下屈服强度为532 MPa、抗拉强度为889 MPa,伸长率为16%。