组会：实验文献、ppt总结

作者：Joker53978 | 发布时间：2023-07-30 08:19:13 收藏本文下载本文

2022.11.11

王安琪第一次组会

课题背景：激光增材过程快热快冷修复区的组织为亚稳态组织熔池冷却速度过快修复区强化相没有充足的时间析出热应力的影响导致激光增材后合金的力学性能不高

增材制造中，各处的显微结构和力学性能通常呈各向异性制造过程中形成的孔隙可能产生微裂纹

（1）适当的后热处理

（2）引入外加能场

原理：ULC原理激光和超声作为能量源超声振动和激光热源耦合作用于熔池流动和凝固结晶过程

不同功率及频率下的超声振动对晶粒形态与尺寸、枝晶生长方向、析出相

影响微观组织：晶粒细化、晶粒结构发生变化晶粒生长方向转变添加的强化颗粒分布均匀析出相的形状、分布改变

裂纹：抑制裂纹；超声功率过大将重新萌发裂纹

气孔：减少或消除气孔

文献一：ULC技术可以实现熔覆层的微观组织调控，促进熔覆层组织细化，抑制二次相的析出，抑制孔洞和裂纹等缺陷

高强度超声在液态金属中形成的声空化和流动可以在凝固过程中有力的搅动熔体，从而促进显著的结构细化。

文献二：

文献三：

文献四：

对比孔隙率、微观组织晶粒尺寸、相组成和枝晶间共晶相形貌来评价超声振动的影响

1、降低了气包孔隙

2、晶粒分布均匀且更细

3、有利于溶蚀Laves相，超声振动使长条形的Laves相形貌破碎成均匀的球形小颗粒。

4、由于气孔减少、晶粒细化、Laves相断裂和元素分布均匀，屈服强度、UTS、显微硬度和耐磨性均有显著提高。

文献五：采用UV-A LENS工艺提高粉体利用率超声振动引起的声流使熔池和稀释区几何尺寸增大，从而提高了沉积件与基体的结合强度。

消除或减少微裂纹

在UV-A LENS中，由于形成了大量的晶粒形核，使得晶粒细化，从而提高了拉伸性能和硬度。

文献6：WUI-LMD在原位减少缺陷、改善材料微观结构和残余应力状态有巨大潜力。

热处理：

文献7：原位分层UIP对inconel718 促进再结晶细化提高材料力学性能

层间UIP引起了显著塑性变形引发了剧烈的再结晶

材料在1180摄氏度 ST完全均匀化有害的Laves相完全溶解

在任何热处理条件下，LMD+UIP材料的整体强高度和模量都更高。

在预制状态下，层间UIP引起的显著塑性变形引发了剧烈的再结晶，导致了细小的等轴层间带的形成。

原位UIP产生的巨大的局部应变和显著的晶格畸变为制造过程中的局部再结晶提供了动力。

1100℃的固溶处理温度可以实现LMD加工材料的完全回收，无需UIP。而对于LMD + UIP生产的材料，这种温度超过1180°C。

材料在1180℃ ST完全均匀化，有害的Laves相完全溶解，导致有益的Nb释放到γ基体中。然而，在lmd条件下，会导致显著的微观组织粗化。相比之下，原位UIP的加入阻止了由于再结晶细化而导致的粗化。因此，可以同时实现细小的晶粒尺寸和完全的材料均质。

在建成条件下，通过加入现场UIP, YS提高了30%以上，UTS提高了12%，且延性没有明显牺牲。在任何热处理条件下，LMD + UIP材料的整体强度和模量都更高。在研究范围内，1180°C +时效处理LMD + UIP试样的整体拉伸性能最佳，YS为977 MPa, UTS为1240 MPa，拉伸伸长率为23%，拉伸模量为209 GPa。

STA热处理后，材料的力学强度有所提高。γ’和γ’’相的析出会导致拉伸强度提高。

文献8：时效处理不能改变718具有定向外延生长的柱状枝晶组织特征，Laves相的溶解和强化相的生成，

随着时效温度升高，抗拉强度和硬度先增后减。

王安琪第二次组会

1、近期实验激光增材实验改变了扫描路线、道间距y

在x -制样的扫描策略中，由于激光轨迹相互平行，热流方向层与层之间相似。因此，基体热沉和Marangoni流动在熔池中心产生了沿BD的大温度梯度，从而形成了大的拉长柱状晶。有趣的是，可以推断，从俯视图观察到的沿激光轨迹中心线方向具有强<001>取向的等轴晶带是这些大柱状晶的横截面(图3(a))。从前视图观察到的双峰晶粒结构如图9(c)所示。由于最大扫描速度可达0.96 m/s，沿SD[24]、[29]方向存在另一个巨大的温度梯度。这两个巨大的温度梯度导致x - fabrication样品在扫描策略中出现了平行于BD和SD的<001>取向的弱织构。

相反，在xy制备样品的扫描策略中，热流方向随着连续层间激光轨迹的旋转而旋转，从而形成较少的重熔晶粒，晶粒取向最佳[20]。这意味着晶粒竞争生长机制更加明显。当角失配(θ)较小时，外延<001>生长较晶体成核有利。形成了具有强立方织构的定向晶粒结构，如图9(d)所示。

以上分析表明，在SLM加工过程中，当连续层之间进行90°旋转时，具有弱织构的双峰晶结构可以转变为具有强立方织构的定向柱状晶结构。激光能量密度作为SLM的参数之一，在决定晶粒结构和晶体织构方面也起着重要作用。通过增加激光能量密度，可以产生更深的熔池，促进更大的柱状晶[30]的形成。因此，如果较高的激光能量密度能够消除残余的随机取向柱状晶粒，将产生具有较强织构的定向凝固晶粒组织。

王安琪第三次组会

超声辅助与常规打印对比

1、对比缺陷从增材后的工件块上，取XOY、XOZ、YOZ方向，每个方向取三个样本，

未融由于超声振动引起的声流和空化作用会影响熔化材料凝固过程的质量和传热，混合和搅拌等间接作用导致熔池融化材料的流动性增加，使微孔在熔融物质凝固之前在熔池中逸出，同时熔池流动性增加。

对比组织：显微组织以柱状枝晶为主，沿沉积方向外延生长，部分枝晶横贯数层。The microstructure is primarily columnar dendritic and are grown epitaxial along the direction of deposition with some dendrites traversing several layers

熔池边缘温度梯度较低，枝晶尺寸较大。

打印路径：Liu等人[1]通过激光固体成型方法打印IN718合金，发现交叉打印和单向打印的最终抗拉强度相似，交叉打印样品的延展性更好。

Kim等人[2]通过模拟方法发现单向打印方式的残余应力更小。

王安琪第四次组会

1、模拟

YOZ面

从图中可以看出，常规打印主要出现了111//BD方向织构，超声打印出现001//BD方向织构，通过极图来看，超声打印在001方向取向更明显，且从反极图来看，001方向基本平行于BD方向。面心立方晶系的择优生长取向为<001>，因此枝晶生长方向通常为接近热流方向的某一<001>晶向。

常规：枝晶生长方向(即<001>晶向)与 BD 方向约呈 45°夹角，因此会出现

<111>//BD 方向的织构

超声：枝晶生长方向与 BD 方向趋向平行，因此会出现<001>//BD 织构

马兰戈尼流在熔池内引起对流传热和流体流动，可能由于其传热效应而改变热通量方向，从而影响枝晶的生长方向，

XOZ面

从图中可以看出，常规打印出现了随机取向，通过反极图看，主要为001//BDh和111//BD方向织构

由于超声振动引起的声流和空化作用会影响熔化材料凝固过程中的质量和传热。混合和搅拌等间接作用导致熔池中熔化材料的流动性增加，在熔融物质剧烈运动的作用下，所捕获的气体容易聚集并向上飘浮，使得微孔在熔融物质凝固之前从熔池中逸出，同时熔池流动性增加，使得材料能更好的熔合，不存在未熔合缺陷。

孔隙——主要有以下三点原因：一是因为超声波的空化效应，会促进熔池内的小气泡形成大气泡并且上浮，最终逸出熔池，达到了除气的效果；二是因为由仿真结果可知，超声波的声流效应加速了熔池内流体的流动，使气泡和空化泡能快速的上浮并逸出熔池；三是从力学方面分析，熔覆层内的孔隙是由于应力集中的结果，超声波的空化效应和声流效应能够均化熔覆层内的应力，从而减少孔隙的产生。

硬度：超声辅助的平均显微硬度值更大，主要有三个原因：第一，因为超声波的空化效应和声流效应的作用下，熔覆层的晶粒得到细化；第二，超声的空化效应和声流效应降低了熔覆层内的气孔率，显微硬度随之增强；第三，超声的声流效应和 Ti 元素的扩散使熔覆粉末中的增强元素更加均匀的分布在整个熔池中，增强元素的分散强化和固溶强化提高了熔覆层整体的平均显微硬度。