激光能量密度对激光选区熔化Cu-Al-Ni-Ti合金相对密度、微观组织和力学性能的影响
发布时间：2021-01-26 07:28
采用激光选区熔化技术（Selective laser melting,SLM）成形制备了不同工艺参数下Cu-Al-Ni-Ti铜基形状记忆合金试样。用排水法测试了块体试样的相对密度,对试样进行了显微组织分析和热分析,测试了拉伸试样在不同温度下的力学性能和测试试样的形状记忆性能,研究了激光能量密度对相对密度、显微组织和常温力学性能的影响规律。结果表明:块体试样的相对密度随激光能量密度的增大先增大再减小,试样的相对密度最大值达99.9%;当激光能量密度适中时（107J/mm3）,熔化道连续且无明显缺陷,激光能量密度过低或者过高,试样会产生熔化道不连续或者球化等缺陷;拉伸试样的常温拉伸性能随激光能量密度的增大先增大再减小,常温下试样最大抗拉强度和延伸率分别为541MPa和7.63%。在300℃下试样的抗拉强度提升至最大为611MPa,延伸率提升至10.78%。试样的马氏体相变开始温度Ms约为83℃,结束温度Mf约为40℃,形变回复率接近90%。
【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(15)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
所示为粉末的粒径分析，采用的是马尔
月2020年8月朱文志等：激光能量密度对激光选区熔化Cu-Al-Ni-Ti合金相对密度、微观组织和力学性能的影响55图1二元和三元相图1.2试验材料及设备试验材料为中南大学粉末冶金研究院所提供，采用气雾化定制的Cu-Al-Ni-Ti球形粉末，化学组分见表1。合金粉末的真实密度是采用AccPyc公司的1330型全自动真密度分析仪测定结果为7.11g/cm3。图2a所示为粉末的微观形貌，由JSM-7600F型场发射扫描电子显微镜观察所得。从图2a中可以看出粉末颗粒形貌呈球形或近球形而且表面光整，未发现明显的缺陷，少量粉末颗粒表面形貌粘附有卫星粉末。图2b所示为粉末的粒径分析，采用的是马尔文公司生产的Mastersizer3000型激光粒度仪。从图2b中可以看出，粉末粒径为19.8～46.7μm，呈正态分布，平均粒径为30.5μm，能很好地满足激光选区熔化成形粉末的粒径要求。表1Cu-Al-Ni-Ti球形粉末的元素成分元素AlNiTi其他Cu质量分数(%)13.540.5<0.1其余图2Cu-13.5Al-4Ni-0.5Ti合金粉末组织形貌及粒径分析试验设备采用Solution公司的SLM125型快速成形设备。激光器为400W高斯光束光纤激光器，激光光斑直径为70～140μm，波长为1064nm，成形工作台面尺寸为125mm×125mm×200mm，最大扫描速度可达10m/s，为了防止金属粉末在熔化过程中被氧化，成形过程在氩气气氛保护下进行。1.3试验方法试验方法将激光功率和扫描速度作为变量，铺粉层厚和扫描间距分别设置为0.04mm、0.09mm，激光扫描策略示意图如图3所示，扫描时在制造层图3SLM成形激光扫描策略示意图
蚊嫫叫校??远峡诒砻婊嵝纬?凹坑，随着温度的升高，熔化道末端的结合力逐渐降，因而宏观断口中可以观察到越多且明显的凹坑。图12b、12d、12f和12h显示了各温度下拉伸断口平面的微观特征，随着拉伸时环境温度的升高，拉伸后断口表面的类似韧窝的形貌逐渐增多，解理台阶逐渐消失，这与各温度下拉伸过程中的断裂延伸率的变化规律一致。因此，通过对高温下的拉伸应力-应变曲线以及试样高温下拉伸后的常温断口分析，说明合金在高温下所表现出的拉伸性能特征是工艺与相变综合作用的结果。图11SLM制备的Cu–13.5Al–4Ni–0.5Ti记忆合金高温下的应力-应变曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温形状记忆合金的研究进展[J]. 左舜贵,金学军,金明江. 机械工程材料. 2014(01)
[2]Influences of 2.5wt%Mn addition on the microstructure and mechanical properties of Cu-Al-Ni shape memory alloys[J]. Ugur Sari. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2010(02)
[3]Cu-Al-Ni-Ti合金的微观组织及其富Ti相的确定[J]. 楚树成,马永庆,许晓磊,关德林. 功能材料. 1991(06)
[4]热处理对Cu-26、23Zn-3.92Al-0.033B形状记忆合金Ms点的影响[J]. 龙晋明,周善佑. 上海金属.有色分册. 1989(04)
博士论文
[1]柱状晶组织Cu71Al18Mn11形状记忆合金的性能及制备加工基础研究[D]. 刘记立.北京科技大学 2016
本文编号：3000720
【文章来源】：机械工程学报. 2020,56(15)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
所示为粉末的粒径分析，采用的是马尔
月2020年8月朱文志等：激光能量密度对激光选区熔化Cu-Al-Ni-Ti合金相对密度、微观组织和力学性能的影响55图1二元和三元相图1.2试验材料及设备试验材料为中南大学粉末冶金研究院所提供，采用气雾化定制的Cu-Al-Ni-Ti球形粉末，化学组分见表1。合金粉末的真实密度是采用AccPyc公司的1330型全自动真密度分析仪测定结果为7.11g/cm3。图2a所示为粉末的微观形貌，由JSM-7600F型场发射扫描电子显微镜观察所得。从图2a中可以看出粉末颗粒形貌呈球形或近球形而且表面光整，未发现明显的缺陷，少量粉末颗粒表面形貌粘附有卫星粉末。图2b所示为粉末的粒径分析，采用的是马尔文公司生产的Mastersizer3000型激光粒度仪。从图2b中可以看出，粉末粒径为19.8～46.7μm，呈正态分布，平均粒径为30.5μm，能很好地满足激光选区熔化成形粉末的粒径要求。表1Cu-Al-Ni-Ti球形粉末的元素成分元素AlNiTi其他Cu质量分数(%)13.540.5<0.1其余图2Cu-13.5Al-4Ni-0.5Ti合金粉末组织形貌及粒径分析试验设备采用Solution公司的SLM125型快速成形设备。激光器为400W高斯光束光纤激光器，激光光斑直径为70～140μm，波长为1064nm，成形工作台面尺寸为125mm×125mm×200mm，最大扫描速度可达10m/s，为了防止金属粉末在熔化过程中被氧化，成形过程在氩气气氛保护下进行。1.3试验方法试验方法将激光功率和扫描速度作为变量，铺粉层厚和扫描间距分别设置为0.04mm、0.09mm，激光扫描策略示意图如图3所示，扫描时在制造层图3SLM成形激光扫描策略示意图
蚊嫫叫校??远峡诒砻婊嵝纬?凹坑，随着温度的升高，熔化道末端的结合力逐渐降，因而宏观断口中可以观察到越多且明显的凹坑。图12b、12d、12f和12h显示了各温度下拉伸断口平面的微观特征，随着拉伸时环境温度的升高，拉伸后断口表面的类似韧窝的形貌逐渐增多，解理台阶逐渐消失，这与各温度下拉伸过程中的断裂延伸率的变化规律一致。因此，通过对高温下的拉伸应力-应变曲线以及试样高温下拉伸后的常温断口分析，说明合金在高温下所表现出的拉伸性能特征是工艺与相变综合作用的结果。图11SLM制备的Cu–13.5Al–4Ni–0.5Ti记忆合金高温下的应力-应变曲线
【参考文献】：
期刊论文
[1]高温形状记忆合金的研究进展[J]. 左舜贵,金学军,金明江. 机械工程材料. 2014(01)
[2]Influences of 2.5wt%Mn addition on the microstructure and mechanical properties of Cu-Al-Ni shape memory alloys[J]. Ugur Sari. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2010(02)
[3]Cu-Al-Ni-Ti合金的微观组织及其富Ti相的确定[J]. 楚树成,马永庆,许晓磊,关德林. 功能材料. 1991(06)
[4]热处理对Cu-26、23Zn-3.92Al-0.033B形状记忆合金Ms点的影响[J]. 龙晋明,周善佑. 上海金属.有色分册. 1989(04)
博士论文
[1]柱状晶组织Cu71Al18Mn11形状记忆合金的性能及制备加工基础研究[D]. 刘记立.北京科技大学 2016
本文编号：3000720
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