- 蒯泽宙;李忠华;刘斌;索超;任洁;
IN625-316L双金属材料结合两种合金的优异性能,在力学性能、耐腐蚀性、高温性能、轻量化及成本优化等方面具有显著优势,应用领域广泛。采用激光选区熔化技术制备IN625-316L双金属材料,实现IN625镍基高温合金与316L不锈钢的双金属一体化成形。利用扫描电子显微镜、能谱分析等手段,分析双金属界面区域的微观组织及元素分布。结果表明,双金属界面结合良好,无明显缺陷,界面区域存在元素扩散现象。力学性能测试显示,界面区域的硬度介于两者之间,硬度从316L一侧到IN625一侧逐渐增大,表明界面处元素扩散均匀。
2025年08期 v.45 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 1654K] - 张帅;郝昭;权志勇;袁磊;
为提升电机主轴的表面硬度及耐磨性,采用激光熔覆技术在电机主轴用304L不锈钢表面制备司太立X-40钴基合金涂层。结果表明,钴基合金涂层的相组成为单一的γ-Co固溶体。涂层内部组织为柱状晶、胞状晶和平面晶;由电子背散射衍射(electron backscatter diffraction, EBSD)结果表明,钴基合金涂层的平均晶粒尺寸为10.45μm,并且在涂层内部存在大量位错。钴基合金涂层的表面显微硬度约为457 HV±10.9 HV,约为304L不锈钢的2.5倍。钴基合金涂层的平均摩擦系数为0.372,显著低于304L不锈钢的平均摩擦系数(0.498)。磨损率为2.41×10~(-6) mm~3/(N·m),磨损机制为磨粒磨损。
2025年08期 v.45 9-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 1181K] - 常连来;许燕;周建平;闫贺颍;裴龙浩;丁威振;
基于激光电弧复合增材技术(LAAM),调节电弧电流和激光功率制造了不同热输入的308L不锈钢条形块体。微观结构上,样品主要相是奥氏体和铁素体(板条状δ-铁素体和骨架状δ-铁素体),从底层到高层两种δ-铁素体交替排列。从150 W增加到896 W,铁素体沿奥氏体晶界析出,起初不连续、枝状分布,之后呈网状完整析出,晶粒更加细密(由11.48~36.02μm到8.37~15.38μm);但激光功率大于800 W将出现激光“匙孔”行为,该区域富含气孔等缺陷,最大直径0.85 mm。性能上,一显微硬度均值随层高增加先逐步降低最终稳定在一定范围,激光功率为370 W,提高热输入(调节电流),稳定值在180~190 HV;电流为170 A,提高热输入(调节激光功率),稳定值先增大后降低,由160~170 HV(431.85 J/m)到180~190 HV(459.35 J/m)再到160~170 HV(489.05 J/m、525.05 J/m)。二极限抗拉强度(UTS)随热输入增大(调节电弧电流)而降低,由510 MPa(160 A)降为480 MPa(200 A);而调节激光功率UTS先由472 MPa(150 W)升为490 MPa(608 W)再降为475 MPa(896 W)。屈服强度和伸长率分别为280 MPa±15 MPa和40.4%~53.5%。所有样品的断口形貌均表现出典型的韧窝断裂特征。综上,LAAM零件性能已经达、部分已经超过308L传统铸造不锈钢。
2025年08期 v.45 16-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 2105K] - 张长春;张军利;倪允强;孙玉成;李华;孟晓曦;
采用响应曲面法研究了多光束激光选区熔化成形AlSi10Mg合金的成形工艺、单光束区的组织及性能差异,并对单、双光束区的成形质量进行了比较分析。结果表明:在层厚30μm的情况下,AlSi10Mg的成形工艺窗口较宽,激光功率和扫描间距对致密度影响较扫描速度更加显著。在最优参数下,不同单光束区试样致密度均≥99.9%,显微组织及力学性能没有明显的差异,各区域能达到很好的一致性。与水平试样相比,竖直试样的屈服强度和延伸率略低。双光束区采用交错拼接方式成形,可以显著降低台阶效应,得到和单光束区一致的表面粗糙度及力学性能。SLM成形AlSi10Mg合金的热处理温度选择在280℃附近比较合适,240℃保温2 h是力学性能发生显著变化的拐点,以此为分界点建立的硬度-屈服强度分段函数式,能够很好地预测屈服强度。热处理对力学性能的改变主要是由于热处理改变了组织中Si相导致。热处理使SLM成形AlSi10Mg合金强度下降、塑性提高,实现不同的强塑性匹配。
2025年08期 v.45 30-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 3108K] - 王鹏博;孙耀宁;
随着材料应用的不断发展,高熵合金在高精尖领域的应用不断拓宽,高熵合金在酸碱环境中的耐蚀性探究对于其应用具有重要指导意义。为探究AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金在不同温度以及不同离子类型的溶液中的腐蚀状况,通过设计实验,在3.5%NaCl溶液和3.5%NaCl+0.01 mol/L NaOH溶液中对不同温度(25℃、40℃、55℃)下的AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金开展电化学测试、合金涂层钝化膜的XPS测试以及涂层腐蚀形貌的SEM/EDS监测。结果表明,AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金可以在不同温度下的3.5%NaCl溶液中钝化,腐蚀速率会随着温度的升高而升高,且在OH~-及Cl~-的复合环境中,合金的耐蚀性提高。而在涂层的钝化膜中,金属氧化物在钝化膜占主导地位。
2025年08期 v.45 48-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 1831K]
- 秦南南;武晓蓓;张双侠;
研究CoCrFeNiMo_(0.2)高熵合金(HEA)涂层腐蚀性能及掺杂微量CeO_2对CoCrFeNiMo_(0.2)高熵合金涂层腐蚀性能的影响;通过激光熔覆制备CoCrFeNiMo_(0.2)与CoCrFeNiMo_(0.2)+CeO_2涂层,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量色散谱(EDS)微探针、电化学工作站对CoCrFeNiMo_(0.2)及CoCrFeNiMo_(0.2)+CeO_2涂层物相结构、显微组织、元素分布、耐蚀性能进行表征;CoCrFeNiMo_(0.2)粉末、CoCrFeNiMo_(0.2)及CoCrFeNiMo_(0.2)+CeO_2涂层由单相面心立方相(FCC)组成,组织为胞状晶结构;由于CoCrFeNiMo_(0.2)合金各原子间不同混合焓和键能,在快速凝固过程中发生相分离,枝晶内部富集Fe-Cr元素,枝晶间富集Ni-Fe元素;稀土氧化物掺杂提高了涂层腐蚀电位,降低了腐蚀速率,提高涂层的耐蚀性。
2025年08期 v.45 71-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 1104K] - 汤子麟;李朋坤;王昊;陆文渊;李祥;王明娣;
目前激光清洗机器人系统中,存在加工零件发生偏移后原程序不再适用,需要重新示教,以及机器人在多个工作环境下对同产品零件进行加工作业时,需要重复人工示教编程,耗时效率低的问题。为解决上述问题,提出基于坐标变换来简化重复示教编程的复杂步骤、提高激光清洗机器人加工效率。采用ABB公司的IRB2600工业机器人作为激光清洗机器人系统的加工平台,建立一个工具坐标系,采用两个工件坐标系对不同位置下新能源汽车电池托盘焊接处的焊斑进行清洗去除。首先利用6点法对机器人工具中心点进行标定,再利用3点法对不同工作环境下的空间位置进行标定,建立两工件坐标系转换的切换方程。然后设计清洗实验,在不同工作位置下,利用工件坐标系转换方程,使机器人在对应坐标系下进行清洗工作,对不同坐标系下机器人运动轨迹、焊斑去除率进行比较,计算坐标转换后的清洗误差。从实验结果来看,机器人在不同工作位置下,利用工件坐标系转换原理,对坐标系变换后的零件清洗率在99.43%左右,在研究项目的误差允许范围内,满足项目需求。对于涉及的工作环境以及待加工工件而言,利用机器人工件坐标系转换原理,解决了位置改变后需要重复示教的问题,提高了激光清洗工作效率。
2025年08期 v.45 79-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 1173K] - 曾镜灵;廖永红;张永康;林超辉;
吊臂是大型海工绕桩吊机的主要承重部件之一,吊臂材料的表面强化和优选研究对绕桩吊机的高质量、高强度制造起着重要作用。以吊臂用Q345D钢为主要研究对象,研究不同激光冲击强化工艺参数对钢材残余应力、显微硬度、表面粗糙度、变形和疲劳寿命等指标的影响,探讨不同激光冲击工艺参数的强化效果,优化激光冲击工艺参数。发现随着激光能量增大,残余压应力、显微硬度和表面粗糙度值均增幅变大,弯曲变形程度增加,但双面冲击的弯曲变形程度远小于单面冲击。经冲击后的试样件,疲劳裂纹扩展区微裂纹数量减少,间距变窄,瞬断区韧窝尺寸变小且浅。结果表明,激光加工工艺参数在能量为6 J、双面加工方式时,可以在减小变形量的同时,获得较好的疲劳寿命。因此在实际加工制造中可以考虑采用6 J双面冲击方式。
2025年08期 v.45 89-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 1291K] - 杨浩杰;刘怀乐;童照鹏;周王凡;任旭东;
带筋整体壁板常用减薄板厚、增加筋高的方法满足轻量化和刚度需求,在航空航天领域得到广泛应用。激光喷丸成形因无模具、成形能力强等优势可满足复杂结构和大曲率高筋整体壁板的成形要求。为研究高筋板的激光喷丸成形规律,实验研究不同喷丸次数、不同筋高、带筋侧与平板侧喷丸对带筋板成形的影响,建立有限元模型,分析了带筋处及平板部位残余应力分布状态。结果表明,带筋结构明显抑制板材成形,与平板相比,更易产生曲率饱和现象。随着喷丸次数增加,板材表面压应力层深度和应力峰值无明显变化,主要应力变化发生在筋条位置。由于筋条对带筋板成形的限制作用,带筋侧冲击可产生与平板侧喷丸相同的凹变形,并改变平板部位应力分布。
2025年08期 v.45 99-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 1443K] - 杨奇彪;张道猛;易宗煜;李昊;汪于涛;刘顿;
针对硬质合金润湿性表面的耐磨损问题,利用飞秒激光在YS30硬质合金表面加工不同织构深度的点阵型矩形凹坑织构。使用激光共聚焦显微镜、接触角测量仪、摩擦磨损试验仪、扫描电子显微镜和能谱仪测量织构的三维形貌、表面接触角、摩擦系数、磨损表面形貌和化学成分。建立织构深度与接触角的半定量函数模型,研究织构深度对表面润湿行为的影响,通过微量润滑条件下进行的摩擦磨损试验分析润湿行为与摩擦性能的关系。结果表明:对织构深度参数的合理调控可以使织构表面成为有利于微润滑摩擦的亲液面,减少表层微观切削与点蚀磨损,提高硬质合金表面耐磨性。织构化表面将部分滑动摩擦转变为滚动摩擦,帮助减缓裂纹的形成和扩展速度,并将一部分磨损转移至织构内部。研究为硬质合金飞秒激光织构化表面的减磨性研究提供理论参考和试验依据。
2025年08期 v.45 111-121页 [查看摘要][在线阅读][下载 1608K] - 余振;马明;王可;计闯;李显;胡志刚;付丹丹;陈艳;
碳纤维复合材料在激光切割过程中,加工参数对工件质量起决定性因素,为探究其影响规律,采用有限元方法对不同扫描速度以及不同激光功率下的碳纤维复合材料进行激光切割分析,得到激光切割碳纤维复合材料的相关规律。结果表明:随着激光功率的增加,树脂熔化宽度呈先减后增的趋势,熔化单位宽度树脂内的碳纤维熔化比例呈上升并逐渐平稳的趋势。随着扫描速度的增加,树脂的熔化宽度呈先减小后增加的趋势,熔化单位宽度树脂内的碳纤维熔化比例呈上升趋势。该研究为碳纤维复合材料激光切割的加工参数选择提供了理论依据,并揭示了碳纤维复合材料的熔化规律。
2025年08期 v.45 122-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 1143K] - 马永新;王浩;陆越;张瑄珺;赵绪杰;朱嘉锡;刘倩;毛博;于铠锐;王兆国;
为研究激光冲击强化对TC4钛合金材料表面性能的影响,对激光冲击强化后的TC4钛合金表面显微硬度、残余压应力、摩擦磨损性能进行了测试与分析。结果表明,钛合金表面残余压应力和显微硬度都随着冲击次数的增加而增大,与未处理试样相比,表面显微硬度经激光冲击强化3次处理后由282.3 HV提升至357.6 HV,并引入了大小为-471 MPa的残余压应力,且残余压应力最大深度超过800μm。摩擦磨损实验结果表明,未处理试样、3次激光冲击试样的摩擦系数曲线相似,但相较于未处理试样,3次激光冲击试样最大磨痕深度降低约7%、磨损体积降低约8%,耐磨性得到提升。
2025年08期 v.45 129-135页 [查看摘要][在线阅读][下载 1005K]