航空发动机支架增材制造轻质设计研究 被引量：2

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作者 王凤 张博 +1 位作者 王超 杨光 《机械设计与制造》 北大核心 2022年第10期157-160,共4页

零部件的轻量化对提升航空航天装备效能意义极大,传统的制造技术难于满足小批量多品种零件的轻量化制造需求,而增材制造技术的发展为航空航天零部件的个性化制造打开新局面。本文以某型航空发动机附件支架为例,研究其受载荷的应力和变... 零部件的轻量化对提升航空航天装备效能意义极大,传统的制造技术难于满足小批量多品种零件的轻量化制造需求,而增材制造技术的发展为航空航天零部件的个性化制造打开新局面。本文以某型航空发动机附件支架为例,研究其受载荷的应力和变形情况、分析其传力路径,采用构型拓扑化的思路结合增材制造工艺特点,按传力路径优化材料分布和结构设计。结果表明优化后减重22.6%,一阶固有频率提高到279.9Hz,满足指标要求。面向增材制造优化的支架满足轻量化、集成化、功能结构一体化要求,本文所述的设计思路具有推广和借鉴意义。 展开更多

关键词 增材制造 航空发动机 拓扑结构 优化设计

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热处理对选区激光熔化制备的点阵结构性能影响研究

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作者 聂云飞 唐倩 +6 位作者 李坤 王浩宇 吴海斌 王彬生 秦昌亮 杨震 石佳 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第3期45-54,共10页

选区激光熔化(SLM)技术因其独特的成形原理成为制备复杂点阵结构的理想工艺。以钛合金骨架和片状结构为研究对象,通过数值仿真和试验相结合的方法,分析了热处理工艺对结构微观组织、力学性能、断裂机制及吸能特性的影响规律。结果表明,... 选区激光熔化(SLM)技术因其独特的成形原理成为制备复杂点阵结构的理想工艺。以钛合金骨架和片状结构为研究对象,通过数值仿真和试验相结合的方法,分析了热处理工艺对结构微观组织、力学性能、断裂机制及吸能特性的影响规律。结果表明,固溶时效热处理后钛合金中α+β相均匀分布,固溶温度的增加会使片状α'相马氏体逐渐减少而β相增多;不同热处理状态下片状结构压缩强度为骨架结构的1.81~2.17倍,平台应力为后者的3.1倍,但两者弹性模量相当,同时热处理工艺对骨架结构力学性能影响较小而对片状结构影响较大;两类结构都表现出了45°结对角剪切断裂和断裂带传递的现象;骨架结构能量吸收效率远大于片状结构,但累积能量吸收量较低,热处理工艺没有提高被测结构的吸能性能。 展开更多

关键词 选区激光熔化(SLM) 点阵结构 热处理 力学性能 断裂机制 吸能性能

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高性能镁合金激光制造技术研究现状及展望 被引量：2

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作者 李坤 马锐津 +5 位作者 戴启雷 詹建斌 吴劲舟 白生文 蒋斌 潘复生 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2022年第23期30-46,47,共18页

镁合金作为一种“绿色轻质金属结构材料”,已成为实现轻量化、复杂化、个性化结构制造的必要选择。为满足高端装备对构件高性能的要求,打破传统制造技术的壁垒,柔性度高、清洁度高、精度高的激光制造技术逐渐被采用,以实现结构复杂化及... 镁合金作为一种“绿色轻质金属结构材料”,已成为实现轻量化、复杂化、个性化结构制造的必要选择。为满足高端装备对构件高性能的要求,打破传统制造技术的壁垒,柔性度高、清洁度高、精度高的激光制造技术逐渐被采用,以实现结构复杂化及个性化制造。其中,镁合金的激光切割、焊接、表面改性及增材制造是当前激光制造技术发展的主要方向。为此,分别阐述了不同激光制造技术的基本原理、研究焦点和相关研究进展,从材料、工艺、结构、机理等维度,对镁合金激光制造技术的发展进行了总结,并提出以“减形增性”为目标,实时监测等多尺度手段复合的展望。 展开更多

关键词 镁合金 激光切割 激光焊接 激光表面改性 激光增材制造 组织性能

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TPMS多孔铝-石蜡复合相变材料蓄热过程数值模拟及实验 被引量：3

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作者 杨喆 刘飞 +2 位作者 张涛 邓兴 张正文 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期4918-4927,共10页

传统相变材料受限于自身热导率小,其相变蓄热效率难以提升,通过在相变材料中添加具有高热导率的金属多孔结构是强化传热的重要手段之一。本文建立了三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)多孔铝-石蜡复合相变材料的三... 传统相变材料受限于自身热导率小,其相变蓄热效率难以提升,通过在相变材料中添加具有高热导率的金属多孔结构是强化传热的重要手段之一。本文建立了三周期极小曲面(triply periodic minimal surface,TPMS)多孔铝-石蜡复合相变材料的三维、瞬态包含自然对流的相变蓄热模型,利用数值仿真结合实验的方法研究了TPMS多孔铝-石蜡复合相变材料在蓄热过程中的固液相界面演变规律、实时温度变化、热传输特性以及蓄热性能。结果表明,在纯石蜡中添加primitive杆状(primitive sheet,PS)、primitive壳状(primitive network,PN)两种TPMS多孔铝结构后,石蜡相变温度范围内出现明显的相变温度平台,PS-石蜡、PN-石蜡复合相变材料的相变起始时间较纯石蜡分别减少了74.1%与91.4%,竖直方向上的最大温度梯度由纯石蜡的1605.7℃/m分别下降至PS-石蜡、PN-石蜡复合相变材料的840℃/m、943.8℃/m,蓄热速率较纯石蜡分别提高3.10倍、4.69倍。最后,通过选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术成型了PS、PN多孔铝结构,并采用浇筑法制备了TPMS多孔铝-石蜡复合相变材料样品,利用可视化实验平台对仿真结果进行实验验证,发现仿真结果同实验吻合较好。 展开更多

关键词 相变蓄热 石蜡 三周期极小曲面 多孔铝 数值模拟

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激光立体成形TC4-TA19功能梯度材料的热行为和组织 被引量：1

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作者 陈昱光 谭华 +3 位作者 范伟 米泽森 林鑫 黄卫东 《铸造技术》 CAS 2022年第7期497-505,共9页

TC4-TA19功能梯度材料可在同一结构不同部位获得不同的性能,具备工程应用潜力和价值。激光立体成形是一种可靠的高性能金属构件制备技术,适用于制造功能梯度材料。本文对激光立体成形TC4-TA19功能梯度材料的成形过程热行为和3种典型成... TC4-TA19功能梯度材料可在同一结构不同部位获得不同的性能,具备工程应用潜力和价值。激光立体成形是一种可靠的高性能金属构件制备技术,适用于制造功能梯度材料。本文对激光立体成形TC4-TA19功能梯度材料的成形过程热行为和3种典型成分梯度区的组织形态进行了模拟和实验研究。结果表明,成形温度场和凝固冷却速度受激光功率和层厚的影响显著,受扫描速度影响相对较小,对成分梯度不敏感。成分梯度区组织均由外延生长β柱状晶和晶内交错的α板条组成,其中α板条尺寸主要受合金成分影响,随TC4比例提高不断粗化。成分梯度区中成分界面处的组织具有较高的连续性,成分梯度越小,界面越不明显。成分梯度区具有较高的设计自由度,可通过调控激光功率和层厚优化凝固组织,利于实际生产。 展开更多

关键词 功能梯度材料 激光立体成形 温度场 冷却速率 微观组织

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高性能金属激光能量场表面热处理技术研究现状及展望(特邀)

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作者 李坤 房嘉辉 +6 位作者 廖若冰 姜艳红 徐俊 李景阳 曹华军 雒泰民 张金 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期113-129,共17页

激光能量场表面热处理是提升金属零件表面性能、延长其使用寿命的重要技术手段之一。近30年来,国内外对该技术展开了大量研究。相较于传统的表面热处理技术,激光能量场表面热处理具有更加高效、精准和清洁的优势。本文首先探讨了激光能... 激光能量场表面热处理是提升金属零件表面性能、延长其使用寿命的重要技术手段之一。近30年来,国内外对该技术展开了大量研究。相较于传统的表面热处理技术,激光能量场表面热处理具有更加高效、精准和清洁的优势。本文首先探讨了激光能量场表面热处理技术的优劣以及模拟过程中温度、流体和相场的多物理场方程,接着综述了激光表面淬火、激光重熔、激光表面合金化、激光熔覆和激光冲击喷丸等5种典型激光能量场表面热处理技术的研究现状,然后根据工程应用需求对改善零件表面耐磨性、耐蚀性和残余应力的研究结果进行了总结,最后展望了激光能量场表面热处理未来潜在的研究方向。 展开更多

关键词 激光技术 激光能量场表面热处理 耐磨性 耐蚀性 残余应力

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激光直接能量沉积Ti6242S-0.75Ni-1.65Fe-0.05B合金的组织及力学性能各向异性研究

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作者 袁璐恺 王理林 +3 位作者 丁汉林 薛爱堂 林鑫 黄卫东 《铸造技术》 CAS 2023年第3期233-239,共7页

增材制造钛合金因具有外延生长的粗大柱状β晶而导致显著的力学各向异性。合金成分调控作为实现增材制造钛合金从柱状晶向等轴晶转变以改善其各向异性的重要手段,由于伴随着脆性金属间化合物的析出,致使目前存在全等轴化和良好塑性不可... 增材制造钛合金因具有外延生长的粗大柱状β晶而导致显著的力学各向异性。合金成分调控作为实现增材制造钛合金从柱状晶向等轴晶转变以改善其各向异性的重要手段,由于伴随着脆性金属间化合物的析出,致使目前存在全等轴化和良好塑性不可兼得的矛盾。不同于常规的单一元素合金化,本文借助相图计算,通过Ni、Fe和B的复合添加,实现了激光直接能量沉积Ti6242S-0.75Ni-1.65Fe-0.05B合金β晶粒的等轴化,并避免了金属间化合物的形成。室温拉伸性能表明,沉积态Ti6242S-0.75Ni-1.65Fe-0.05B合金的力学性能各向异性被基本消除,且横纵方向的强度和塑性均高于Ti6242S合金。 展开更多

关键词 激光直接能量沉积 成分调控 微观组织 力学性能 各向异性

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粉末床激光熔化成形H13钢工艺优化及力学性能研究 被引量：1

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作者 舒雷 张正文 +1 位作者 刘丽君 毛胜兰 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2022年第12期1914-1920,共7页

通过实验方法优化得到了粉末床激光熔化成形H13钢的工艺参数,并研究了成形样件的微观组织和拉伸性能。通过实验得到了H13钢单道成形的优化工艺区间:激光功率225~325 W,扫描速度600~1 200 mm/s,通过块体实验得到优化的工艺参数为:激光功... 通过实验方法优化得到了粉末床激光熔化成形H13钢的工艺参数,并研究了成形样件的微观组织和拉伸性能。通过实验得到了H13钢单道成形的优化工艺区间:激光功率225~325 W,扫描速度600~1 200 mm/s,通过块体实验得到优化的工艺参数为:激光功率275 W,扫描速度900 mm/s,扫描间距0.08 mm。微观组织显示为柱状晶粒,晶粒的宽度约为3~5μm,长度约为10~40μm。在优化工艺参数下成形试样的室温抗拉强度高达1 761 MPa,延伸率为2.72%。 展开更多

关键词 粉末床激光熔化 H13钢 工艺优化 拉伸性能

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WE43镁合金SLM成形数值模拟及试验验证

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作者 门正兴 王亮 +4 位作者 李坤 陈雯 吉辰 李子澈 屈仁春 《精密成形工程》 2024年第4期138-146,共9页

目的研究WE43镁合金激光选区熔化(SLM)成形过程、成形后变形及应力分布的变化规律,得到SLM态WE43常温拉伸力学模型。方法采用SLM方法制备了WE43镁合金悬臂梁及拉伸试样,通过对比悬臂梁局部切割翘曲试验结果与数值模拟结果,得到WE43镁合... 目的研究WE43镁合金激光选区熔化(SLM)成形过程、成形后变形及应力分布的变化规律,得到SLM态WE43常温拉伸力学模型。方法采用SLM方法制备了WE43镁合金悬臂梁及拉伸试样,通过对比悬臂梁局部切割翘曲试验结果与数值模拟结果,得到WE43镁合金固有应变模型,实现WE43镁合金SLM成形过程的模拟及变形预测;对SLM态WE43镁合金开展拉伸试验,使用金相显微镜及扫描电镜进行微观组织及断口形貌观察;采用Normalized Cockcroft&Latham模型对拉伸试验进行模拟,实现SLM态WE43常温拉伸过程分析。结论常温SLM态WE43的抗拉强度为313 MPa,屈服强度为236 MPa,延伸率为7.6%,试样中存在不规则孔洞缺陷;在SLM成形过程中,WE43镁合金固有应变值exx、eyy、ezz分别为−0.0025、−0.0025、−0.0115,悬臂梁最大翘曲高度为1.99 mm,模拟结果显示未切割悬臂梁最大等效应力为12.3 MPa;当NC&L断裂准则临界损伤值为0.1时,WE43常温拉伸过程模拟结果与试验结果最为接近,预测准确率为93%。 展开更多

关键词 WE43 激光选区熔化 固有应变 数值模拟

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基于成分梯度的激光快速熔炼镍基合金显微组织形成及演化机理研究 被引量：1

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作者 鹿荣贵 张馨月 +4 位作者 程序 李佳 刘栋 王玉岱 刘屹巍 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期191-199,共9页

航空发动机中涡轮盘及涡轮叶片的服役条件不同,通过制备梯度材料可以避免涡轮盘与涡轮叶片连接处提前失效。然而,梯度过渡区的成分变化会导致合金组织改变,是影响性能的关键。为探究合金成分变化对镍基梯度材料显微组织的影响,本团队选... 航空发动机中涡轮盘及涡轮叶片的服役条件不同,通过制备梯度材料可以避免涡轮盘与涡轮叶片连接处提前失效。然而,梯度过渡区的成分变化会导致合金组织改变,是影响性能的关键。为探究合金成分变化对镍基梯度材料显微组织的影响,本团队选用镍基粉末高温合金和定向镍基高温合金为原料,利用激光快速熔炼技术,通过调整两种合金的混合比例,制备出了11种典型成分的合金锭;研究了合金成分对梯度合金晶粒形貌和析出相的影响,重点探讨了合金的枝晶形貌、析出相尺寸和含量随合金成分的变化规律。结果表明:激光快速熔炼11种成分镍基合金锭显微组织中的一次枝晶和二次枝晶臂均比较发达,合金成分改变对枝晶形貌的影响较小,平均一次枝晶间距约为110μm,显微组织均由γ相、γ’相、碳化物和γ/γ’共晶组成;随着镍基粉末高温合金含量的降低,合金锭中γ’相的含量和尺寸不断增加;由于元素偏析,γ’相形成元素Al、Ti、Ta、Nb会偏析在枝晶间,导致枝晶间γ’相的含量及尺寸均大于枝晶干。11个试样的显微硬度值相差不大,整体硬度值分布在500 HV左右。 展开更多

关键词 激光技术 激光快速熔炼 镍基合金 晶粒形貌 析出相

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激光选区熔化粉末尺度的数值模拟研究现状

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作者 李泓历 傅广 +3 位作者 任治好 李少波 彭庆国 马翔宇 《热加工工艺》 北大核心 2023年第19期7-13,共7页

激光选区熔化成形过程是涉及多物理现象的耦合过程。采用数值模拟能够有效地研究成形过程中的多物理现象,探究缺陷形成机理,优化工艺参数设置。本文对目前国内外激光选区熔化粉末尺度的数值模拟进行了综述,介绍了数值模拟的关键模型,分... 激光选区熔化成形过程是涉及多物理现象的耦合过程。采用数值模拟能够有效地研究成形过程中的多物理现象,探究缺陷形成机理,优化工艺参数设置。本文对目前国内外激光选区熔化粉末尺度的数值模拟进行了综述,介绍了数值模拟的关键模型,分析了粉末尺度下缺陷研究的数值模拟,总结展望了激光选区熔化粉末尺度数值模拟的发展方向与趋势。 展开更多

关键词 激光选区熔化 数值模拟 粉末尺度 模型 缺陷

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激光选区熔化成形2 GPa级超高强钢及其热处理 被引量：1

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作者 杨天宝 沈鹏 +4 位作者 陈雯 任英志 黄涛 唐倩 李坤 《材料热处理学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期86-93,共8页

采用激光选区熔化(SLM)技术制备了均匀致密的MS1超高强马氏体模具钢,并对其进行了850℃固溶1 h+550℃时效4 h的热处理,采用扫描电镜、显微硬度仪和万能试验机等研究了打印态和热处理态试样的微观组织和力学性能。结果表明:MS1超高强马... 采用激光选区熔化(SLM)技术制备了均匀致密的MS1超高强马氏体模具钢,并对其进行了850℃固溶1 h+550℃时效4 h的热处理,采用扫描电镜、显微硬度仪和万能试验机等研究了打印态和热处理态试样的微观组织和力学性能。结果表明:MS1超高强马氏体模具钢SLM打印态的组织主要由板条状马氏体和奥氏体组成,组织均匀细小,但存在少量微小气孔;热处理后,MS1超高强马氏体模具钢的组织为细小的全马氏体板条,微小气孔缺陷消失;与打印态试样相比,热处理态试样的强度显著增加,塑性有所降低,屈服强度提升超过1倍,抗拉强度超过2 GPa,提升70%以上,硬度提升82%以上,伸长率由10.7%降至5.6%。 展开更多

关键词 激光选区熔化 MS1超高强马氏体模具钢 热处理 微观组织 力学性能

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球化效应下激光选区熔化中的激光辐照行为 被引量：4

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作者 任治好 张正文 +1 位作者 马翔宇 毛胜兰 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第14期112-121,共10页

激光选区熔化(SLM)过程中,表面张力使得金属熔池具有团聚球化的趋势,导致熔道内部出现孔隙缺陷。以Cu-Cr-Zr铜合金粉末为对象,通过数值模拟和实验验证,再现了连续熔道和球化效应下熔池和激光反射吸收的演变过程。其中,数值模拟基于VOF... 激光选区熔化(SLM)过程中,表面张力使得金属熔池具有团聚球化的趋势,导致熔道内部出现孔隙缺陷。以Cu-Cr-Zr铜合金粉末为对象,通过数值模拟和实验验证,再现了连续熔道和球化效应下熔池和激光反射吸收的演变过程。其中,数值模拟基于VOF两相流模型,充分考虑表面张力和反冲压力等物理现象,同时采用光线追踪算法描述激光和材料的相互作用。结果表明:较高能量密度下可获得稳定的熔池和连续的熔道形貌,由反冲压力引起的凹陷区具有困光效应,导致全局吸收率增大;较低能量密度下熔池的润湿性较差,形成扭曲破碎的熔道形貌,激光在裸露基板表面的单次反射极大削弱了能量吸收效率,使球化效应下的全局吸收率出现剧烈波动。 展开更多

关键词 激光技术 激光选区熔化 球化效应 激光反射吸收 光线追踪方法

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线速度对在线感应加热55SiCr弹簧钢组织和性能的影响

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作者 戴启雷 金雷 +3 位作者 任英志 杨天宝 陈雯 李坤 《材料热处理学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期110-116,共7页

使用不同线速度对Ф13.6 mm的55SiCr弹簧钢线材进行了在线快速感应加热热处理。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)及拉伸实验等分析了55SiCr弹簧钢热处理后的微观组织和力学性能。结果表明:在线... 使用不同线速度对Ф13.6 mm的55SiCr弹簧钢线材进行了在线快速感应加热热处理。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子背散射衍射(EBSD)及拉伸实验等分析了55SiCr弹簧钢热处理后的微观组织和力学性能。结果表明:在线快速感应加热热处理可细化实验钢的奥氏体晶粒尺寸,不同线速度下实验钢的微观组织主要由残留奥氏体和回火屈氏体构成并含有较高密度的位错结构。随着线速度的降低,相应回火保温时间的延长,实验钢的原奥氏体晶粒尺寸无明显变化,残留奥氏体相含量逐渐减少,α相含量逐渐增加,小角度晶界所占比例随回火时间的延长而逐渐减小。随着线速度的降低,实验钢在快速回火阶段的回复软化作用占据了主导作用,位错密度显著降低,导致其强度逐渐降低,断面收缩率增大。 展开更多

关键词 弹簧钢 在线感应加热 微观组织 力学性能

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