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oe1(光电查) - 科学论文

9 条数据
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  • 激光制造铝基TiB2陶瓷复合材料的晶粒细化

    摘要： 通过选择性激光熔化（SLM）工艺制备了分别添加1 wt.%、2 wt.%和5 wt.% TiB2陶瓷颗粒增强的铝基复合材料。结果表明：SLM成型复合材料的致密度、微观组织及力学性能对陶瓷颗粒含量具有显著敏感性。随着TiB2含量从1 wt.%增至5 wt.%，复合材料平均晶粒尺寸由~6.32 μm持续减小，在较高TiB2含量时获得了细小等轴晶且尺寸分布均匀的微观组织。研究探讨了TiB2陶瓷含量对SLM成型复合材料晶粒细化与强化机制的影响，确定2 wt.% TiB2含量的铝基复合材料综合制造质量、晶粒细化和力学性能表现最优。该最佳配比复合材料凭借弥散强化、晶粒细化强化及高致密化的协同作用，展现出约127 HV0.2的高显微硬度、~444 MPa抗拉强度、~283 MPa屈服强度及~4.2%延伸率。本研究可为其他金属基复合材料的激光增材制造提供参考依据——通过调控增强相含量实现强度与塑性的良好平衡。

    关键词： 选择性激光熔化（SLM）、力学性能、铝基复合材料、晶粒细化、TiB2陶瓷

    更新于2025-09-23 15:21:01

  • 纤维激光焊接Nb-1%Zr-0.1%C合金的力学与冶金性能研究

    摘要： 采用顶部和底部惰性气体?；さ亩院概渲茫⑹远訬b-1% Zr-0.1% C进行激光焊接。焊接过程中的预防措施是限制铌合金在环境大气中的反应活性。通过进行平板堆焊(BOP)实验，探索了实现全熔透焊接所需的输入参数范围（即激光功率P、焊接速度V和光束直径D）。工艺参数组合的选择原则是在不影响熔深的前提下尽量减小焊缝成形区域。通过量化焊道几何形态、硬度和抗拉强度来研究激光焊接过程中输入工艺参数的影响。母材平均硬度为108 VHN，熔合区(FZ)平均硬度介于278至546 VHN之间。熔合区显微硬度值的急剧升高可能是由于晶粒细化、析出相溶解以及碳化物和氧化物脆性金属间相的形成所致，这通过能量色散光谱(EDS)和X射线衍射(XRD)相分析结果得到证实。熔合区断裂的焊接接头呈现脆性断裂特征，而母材断裂的接头则实现了韧性断裂模式。激光焊接接头的延伸率范围在1.97至5.73毫米之间。接头抗拉强度和延展性的降低可能是由于熔合区显微硬度轻微提高及脆性相密度增加所致，XRD相分析结果验证了这一现象。本研究的主要目的是确立激光焊接作为在环境大气中制造活性铌合金的替代工艺技术。

    关键词： 冷却速率、激光焊接、晶粒细化、铌合金、力学性能、Nb-1%Zr-0.1%C

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 激光重熔Mg-3Nd-1Gd-0.5Zr合金的晶粒细化

    摘要： 基于激光的增材制造中，高冷却速率和陡峭的热梯度通常有利于柱状晶的形成。本文研究表明，通过激光表面重熔可在Mg-3Nd-1Gd-0.5Zr（EV31）合金中获得细小、完全等轴的晶粒。熔池中的晶粒尺寸从74微米显著细化至3.5微米，这归因于生长限制效应——即凝固过程中Zr溶质形成的成分过冷与激光表面重熔施加的高冷却速率共同作用的结果。这一新发现可用于控制增材制造应用中的晶粒形态及合金设计。

    关键词： 凝固组织、晶粒细化、激光处理、镁合金、快速凝固

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 高强度铝合金的激光粉末床熔融技术

    摘要： 对采用激光粉末床熔融（LPBF）工艺制造的高强度铝合金需求旺盛且持续增长。然而，昂贵新型合金成分或现有合金中的裂纹问题阻碍了其广泛应用。最新研究表明，添加晶粒细化剂可形成细晶结构，从而制备出无裂纹、高强度的铝基LPBF部件。本研究在Al7050合金中添加1wt%锆元素，并在粉末材料中过量添加锌以补偿LPBF过程中的锌损失，同时维持形成强韧共格MgZn?析出相所需的Mg:Zn比例。经固溶时效热处理后，该新型合金的极限抗拉强度达500MPa，维氏显微硬度为200Hv-0.5kg。虽然所得部件的断裂延伸率有限，但本研究为未来开发适用于LPBF工艺的经济型高强度铝合金提供了有前景的合金设计方向。

    关键词： 晶粒细化，铝，激光粉末床熔融，裂纹

    更新于2025-09-23 15:19:57

  • 铁在减小激光粉末床熔融制备Ti-6Al-4V微观结构各向异性中的影响

    摘要： 在为金属基增材制造（AM）适配合金方面仍存在重大挑战。因此，调整合金成分以适应该工艺——尤其是在接近工业实践的条件下——成为一种潜在解决方案。本研究旨在为激光粉末床熔融技术设计具有优异力学性能的新型钛基合金，通过探究铁元素对Ti-6Al-4V合金显微组织演变的影响来实现这一目标。研究采用电子背散射衍射（EBSD）、透射电镜（TEM）和原位高能同步辐射X射线衍射技术，深入解析了合金成分（特别是铁元素）与晶粒尺寸之间的作用机制。研究发现，当铁添加量不超过3 wt%时，显微组织会逐步细化。通过利用增材制造特有的冷却速率并控制适宜的铁含量，可获得可通过热处理优化且不会明显析出有害脆性相的显微组织。最终形成的显微结构由理想且研究充分的完全层状α+β组织构成，其存在于细化的原始β晶粒内。

    关键词： 铁、晶粒细化、增材制造、微观结构、Ti-6Al-4V

    更新于2025-09-16 10:30:52

  • 采用连续激光焊接2024-T3铝合金时通过短脉冲激光烧蚀实现焊缝金属晶粒细化

    摘要： 2024铝合金因其优异的力学性能被广泛应用于航空和航天工业。然而，由于该合金含有大量铜（Cu）、镁（Mg）和锰（Mn）等溶质元素，导致其焊接性普遍较差，易产生凝固裂纹。若能实现无填充材料的高速焊接，2024铝合金的应用范围将大幅扩展。晶粒细化是防止焊缝金属凝固裂纹的方法之一，但在无填充材料的高速激光焊接2024铝合金中尚未实现。本研究提出一种在连续波激光无填充焊接过程中采用短脉冲激光诱导晶粒细化的方法。实验采用波长1070 nm、功率1 kW的单模光纤激光器，以1 m/min的焊接速度对2024-T3铝合金进行平板堆焊，并用波长1064 nm、脉宽10 ns、脉冲能量430 mJ的纳秒激光脉冲对熔池及其周边区域进行辐照。当激光脉冲作用于熔池时，确认产生了晶粒细化效果。晶粒细化区域沿固液界面呈半圆形分布，截面分析显示该区域沿固液界面深度达1 mm。维氏硬度测试结果表明，晶粒细化使硬度提升，并有效抑制了细化区域的凝固裂纹扩展。

    关键词： 晶粒细化、短脉冲激光、激光焊接、激光烧蚀、2024铝合金、热裂纹、枝晶破碎

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 设计微观结构：一种在多层线材激光金属沉积中实现晶粒细化和各向同性改善的方法

    摘要： 采用高产能方式增材制造金属部件通常伴随高温工艺和缓慢冷却速率，这往往导致沿构建方向形成晶粒尺寸极大的强取向柱状晶组织。因此，沉积态结构通常表现出较低的强度和各向异性的力学性能。为改善这一状况，通常需进行后处理以均匀化并最终提升沉积结构的力学性能。本研究通过精确控制工艺能量来调控增材制造过程中的局部温度分布与冷却条件（这些因素对凝固微观结构具有显著影响），旨在开发一种通过特定激光辐照参数调整来影响铝镁合金线弧激光金属沉积凝固条件的方法。研究发现：在保持热输入恒定的前提下，通过调节激光束辐照强度（该范围对应传导模式焊接条件）可获得沉积态下显著不同的凝固微观结构。当采用接近匙孔模式焊接转变点的高激光束辐照强度时，所得结构呈现均匀的大晶粒凝固组织，在构建方向与沉积方向间表现出约12%的各向异性程度；而使用接近稳定熔化下限的低激光束辐照强度时，则可获得显著细化的微观结构。相较于高辐照强度处理的样品，该方法可使屈服强度提升高达16%，显微硬度提高达13%，同时将沉积结构的各向异性程度降低至2%以下。

    关键词： 直接能量沉积、铝合金、激光金属沉积、增材制造、激光辐照度、晶粒细化

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 基于位错密度的激光冲击喷丸诱导晶粒细化研究

    摘要： 激光冲击强化（LSP）是一种创新表面处理技术。研究表明，LSP诱导的晶粒细化能有效改善材料表面性能并延长金属构件使用寿命。本研究采用包含基于位错密度的本构模型及激光冲击波时空分布的三维有限元模型，模拟LSP诱导晶粒细化过程。针对铜材料多次LSP处理的数值模拟显示，预测的位错胞尺寸与重复冲击形成的凹坑形貌均与实验结果高度吻合，验证了该位错密度三维有限元模型的有效性?；谕虲P-Ti多次LSP处理的数值模拟，系统研究了激光光斑重叠率与激光功率密度（峰值冲击波压力）对LSP诱导晶粒细化效果的影响。

    关键词： 激光冲击强化、位错密度演变、晶胞尺寸、晶粒细化

    更新于2025-09-11 14:15:04

  • 碳化钨部分溶解对激光熔覆表面显微组织演变的影响

    摘要： 激光表面改性已成为提高模具耐磨性能的一种方法。先前研究已通过激光表面改性成功改善了表面性能。在激光熔覆过程中添加颗粒物，通过强化改性后的AISI H13工具钢结构提升了表面性能?？刂撇问す夤β剩?.7-2.5 kW）、脉冲重复频率（30-70 Hz）和扫描速度（10.5-24.5 mm/s）。采用预置法添加粉末，使用扫描电子显微镜（SEM）和维氏硬度计分别表征处理样品的晶粒尺寸与硬度特性，采用粗糙度仪测量表面粗糙度。研究发现，在较高激光能量下碳化钨(WC)颗粒均匀溶解于细化的基体晶粒结构中，较高的激光扫描速度有助于颗粒均匀分布。改性层中钨元素导致的晶粒细化使硬度达到最大值660 HV。激光加工过程中的快速凝固产生了亚稳相形成、晶粒细化及更高比例的晶界，从而实现晶界强化、晶粒细化和亚稳相形成。本文研究了添加微米级WC颗粒的AISI H13工具钢激光熔覆工艺以改善表面性能，这些发现对高温成形模具表面的高精度改性设计具有重要意义。

    关键词： 激光熔覆、钕钇铝石榴石激光器、晶粒细化、相变、碳化物溶解、碳化钨颗粒

    更新于2025-09-11 14:15:04