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oe1(光电查) - 科学论文

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  • 选择性激光熔化成形的Ti6Al4V零件内孔螺旋铣削与支撑结构同步去除技术

    摘要： 选择性激光熔化（SLM）是一种基于粉末床的增材制造工艺，目前正在航空工业中逐步应用于Ti6Al4V部件的批量生产。其优势之一是显著降低的"材料采购-成品零件"比率。但为去除SLM工艺的支撑结构并满足质量要求，仍需进行后续机加工。本文展示了通过螺旋铣削同时实现支撑结构去除与孔洞精加工的实验结果。螺旋铣削中的切削条件受支撑结构影响显著。计算得出径向与轴向的材料去除率，与这两个方向实测力的变化趋势高度吻合。此外，加工孔洞的表面粗糙度受支撑结构设计影响，并可能沿孔周长发生变化。研究结果揭示了如何设计支撑结构，以便通过单次机加工工序获得高质量孔洞。

    关键词： 钛合金、螺旋铣削、支撑结构去除、建模、力、表面粗糙度、选择性激光熔化

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 通过激光表面熔化处理时效β-Ti合金获得的刚度与硬度梯度

    摘要： 具有可变刚度特性的组件因其生物医学植入物应用潜力而备受关注。本研究对经不同条件时效处理的β钛合金进行激光表面熔凝（LSM）处理。LSM典型的高冷却速率使熔合区（FZ）和热影响区（HAZ）避免了α相析出——这些α相通过固溶进入β基体，从而在时效处理基材表面形成全β相表层，并降低刚度与硬度。刚度降低现象与所采用时效条件无关，而硬度降幅在低温时效样品中更为显著（因其析出相更细?。?。当需要制备兼具低刚度表层与原始芯部刚度/强度的梯度材料时（如骨科植入物应用场景），建议采用低温时效结合LSM的处理工艺。

    关键词： 激光加工，梯度材料，弹性模量，钛合金

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • Ti-6Al-4V钛合金激光金属沉积多层厚壁件的应力分布

    摘要： 激光金属沉积是一种增材制造技术，无需焊接或机加工等额外处理即可生产大型复杂零部件。研究激光金属沉积过程中应力场的起源对解决诸多问题至关重要，包括：冷热裂纹评估、耐疲劳性预测以及应力腐蚀开裂分析。对构建部件中瞬态应力和残余应力进行定量研究，是优化加工参数及后处理去应力热处理的必要条件。通过中子衍射实验和有限元模拟数值计算，分析了Ti-6Al-4V材料激光金属沉积50层（每层4道次）壁体的残余应力场。采用道次间长停留时间和刚性基板来模拟大型部件的制造条件。计算与实测残余应力场分析表明：在堆积体边缘区域存在三向拉应力区，其正应力超过屈服强度25%以上；该区域还出现2.5-3%的正塑性应变。堆积体顶部附近最后几层几乎整个长度上的纵向拉应力均接近屈服强度。根据平面应力假设获得的晶面间距数据，通过中子衍射计算得到的残余应力场与有限元模拟结果具有良好的一致性。

    关键词： 中子衍射、激光金属沉积、模拟、残余应力、钛合金

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 实验设计中加工参数对激光金属沉积钛合金显微硬度的影响

    摘要： 激光金属沉积（LMD）是一种增材制造工艺，可直接根据零件的计算机辅助设计（CAD）模型生产复杂零件，并用于修复已磨损的现有零件。LMD工艺受激光功率、气体流速、粉末流速和扫描速度等加工参数控制，这些参数会影响LMD过程中产生的显微硬度。本研究采用实验统计设计方法，探究加工参数对Ti6Al4V粉末在Ti6Al4V基板上激光金属沉积显微硬度的影响。由于全因子设计能够捕捉这些加工参数的主效应及可能的交互效应，本研究采用了该方法。每个加工参数均设置为低值和高值，共进行了十六（16）次实验，并测量分析了每个样品的显微硬度。

    关键词： 激光金属沉积、钛合金、加工参数、显微硬度、全因子设计

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 近α钛合金表面NiCrMoNb与NiCrBSiC激光熔覆层的表征及摩擦学性能评价

    摘要： 本研究采用高功率Yb:YAG碟片激光器在钛合金表面制备了NiCrMoNb和NiCrBSiC两种涂层。通过X射线衍射分析(XRD)、能谱仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)和维氏显微硬度计(HV)对涂层的相组成、微观结构和硬度进行了分析。进一步利用球盘摩擦试验机测试了涂层的耐磨性能，并分别采用场发射扫描电镜(FE-SEM)和白光干涉仪检测了熔覆层磨损表面形貌与表面粗糙度。结果表明：由于较高的冷却速率，NiCrMoNb和NiCrBSiC熔覆层均呈现均匀的树枝晶结构。XRD分析显示γ-Ni固溶体与铬、硼化物、硅混合，在熔覆区形成了枝晶间共晶结构。熔覆层显微硬度显著高于基材。NiCrBSiC试样的摩擦系数低于NiCrMoNb熔覆层和基材，其耐磨性也优于NiCrMoNb熔覆层和基材试样，表明NiCrBSiC激光熔覆对耐磨性提升起主要作用。两种熔覆层的微观结构分别由富镍奥氏体与Cr、Mo、Nb及碳化物、硼化物组成。磨损轨迹分析表明粘着磨损和磨粒磨损是主要磨损机制。NiCrSiBC熔覆层的磨损表面粗糙度低于NiCrMoNb熔覆层和基材。

    关键词： 镍铬硼硅碳、熔覆、微观结构、钛合金、表面粗糙度、磨损机制、镍铬钼铌

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 选择性激光熔化Ti-6Al-4V零件中特征尺寸对优化工艺参数有效性的影响

    摘要： Ti-6Al-4V合金因其高比强度和优异耐腐蚀性而广受欢迎。采用选择性激光熔化(SLM)增材制造的Ti-6Al-4V部件已有多项应用达到技术成熟度。然而，传统工艺与SLM制造部件之间冶金差异相关的问题依然存在。目前极少有研究关注工艺参数与不同尺寸特征部件宏观/微观性能的关联性。本研究旨在探究固定参数条件下，特征尺寸对Ti-6Al-4V部件密度、硬度、显微组织演变及力学性能的影响。 研究发现：采用固定参数可制造的尺寸存在合理区间，超出特定窗口后相对密度会下降——当长方体尺寸从(5×5×5 mm)缩小至(1×1×5 mm)时，孔隙率从0.3%增至4.8%。在适宜尺寸范围内，显微组织受尺寸影响较??；但超出可接受尺寸窗口后会出现显著变化。特征尺寸对力学性能变异起关键作用：拉伸载荷下，标距尺寸减小会导致抗拉强度和屈服强度降低。 本研究揭示了SLM制造Ti-6Al-4V部件中特征尺寸与工艺参数在微观/宏观性能层面的关联规律，同时强调任何优化工艺参数仅适用于特定尺寸窗口。

    关键词： 增材制造、微观结构、拉伸行为、选择性激光熔化、钛合金、力学性能

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 激光粉末床熔融制备的Ti-6Al-4V合金经热处理后的固态相变

    摘要： 采用激光粉末床熔融（LPBF）技术制备了用于生物医学应用的Ti-6Al-4V合金样品。通过中子衍射（ND）、X射线衍射（XRD）、扫描透射电子显微镜（STEM）和能量色散光谱（EDS）研究了热处理诱导的固态相变。尽管ND分析在此类研究中较为少见，但该技术证实了原始态（#AP）样品的α'马氏体中存在残余β相。XRD分析和STEM观测均未检测到该残余β相。马氏体含有大量缺陷（主要为位错），这些缺陷在热处理过程中发生退火。元素扩散与分配是α?β相变的主要机制，在加热过程中导致晶格膨胀并决定最终相的形貌与尺寸。残余β相对α'→β相变动力学起关键作用。

    关键词： X射线衍射、中子衍射、钛合金、相变、热处理、增材制造、扫描透射电子显微镜、能量色散光谱

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 消费级钛应用 || 激光粉末床熔融制造的钛合金植入物骨再生研究综述

    摘要： 生物材料上的骨再生是一个日益受到关注的话题，因为有望制造出能与现有骨骼结合的植入物。钛合金非常适合这一用途，已被证明具有生物相容性，同时具备适宜的力学性能[1]。此外，钛合金是金属增材制造（AM）领域研究最广泛的材料之一，这意味着可通过增材制造可靠地生产定制化植入物。最适合该应用的是粉末床熔融技术，其中激光粉末床熔融（LPBF）技术具有独特优势。本章重点研究通过LPBF技术制备纯钛和Ti6Al4V植入物的最新进展，聚焦骨整合的需求与实现能力。首节阐述骨组织结构及骨植入物的一般要求，明确不同类型植入物的差异化需求，并详细描述各类骨生长过程。随后章节讨论表面结构化——表面形貌与化学特性会显著影响骨生长的初始阶段，这对植入物成功至关重要。接下来介绍多孔结构（又称晶格结构），这类结构可实现骨长入与附着，该节阐述了此类晶格在促进骨生长方面的各项要求（孔径、晶格设计等），并总结当前研究成果。后续章节描述了通过LPBF制备的各类钛晶格结构的力学性能。接下来两节分别详细介绍了LPBF钛合金上骨生长的成功体外与体内实验。最后讨论章节总结了当前技术进展，并指明未来研究方向的关键需求。

    关键词： 骨再生、钛合金、激光粉末床熔融、增材制造、骨整合

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 热处理对Ti-6Al-4V选择性激光熔化样品在化学抛光过程中表面缺陷显现的影响研究

    摘要： 选择性激光熔化（SLM）技术虽具诸多优势，但钛合金烧结后表面粗糙度仍存在问题。本研究展示了Ti-6Al-4V钛合金试样经选择性激光熔化、热处理、机械刷磨及酸抛光后的粗糙度测量结果。发现SLM试样表面粗糙度受热处理与化学抛光方式影响：在950℃油淬后经650℃时效120分钟时粗糙度最大；最佳表面质量则通过650℃退火2小时、950℃水淬、机械刷磨及化学抛光工艺获得。

    关键词： 化学抛光，钛合金，热处理，选择性激光熔化，表面粗糙度

    更新于2025-09-12 10:27:22

  • 激光立体成形钛合金中原位调控微观结构以获得优异抗疲劳裂纹扩展性能

    摘要： 对于损伤容限（DT）钛合金而言，抗疲劳裂纹扩展性能（FCGR）是工程应用中的关键性能指标。然而，采用激光立体成形（LSF）工艺制造的Ti-6Al-4V-DT部件由于以篮网波状显微组织为主导，其FCGR性能较低。本研究通过原位控制生长技术，探索了一种新型LSF制造方案以制备全集落显微组织。该显微组织的形成使材料获得优异的FCGR性能，显著超越传统增材制造及退火态样品。本工作为制备具有高损伤容限特性的LSF钛合金提供了重要指导。

    关键词： 钛合金，抗疲劳裂纹扩展性能，激光立体成形，集落微观结构

    更新于2025-09-11 14:15:04