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Growth kinetics of borided 316 L stainless steel obtained by selective laser melting
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作者 DEMIRCI Selim TÜNÇAY Mehmet Masum 《Journal of Central South University》 2025年第2期332-349,共18页
Selective laser melting(SLM)is a cost-effective 3 D metal additive manufacturing(AM)process.However,AM 316 L stainless steel(SS)has different surface and microstructure properties as compared to conventional ones.Bori... Selective laser melting(SLM)is a cost-effective 3 D metal additive manufacturing(AM)process.However,AM 316 L stainless steel(SS)has different surface and microstructure properties as compared to conventional ones.Boriding process is one of the ways to modify and increase the surface properties.The aim of this study is to predict and understand the growth kinetic of iron boride layers on AM 316 L SS.In this study,the growth kinetic mechanism was evaluated for AM 316 L SS.Pack boriding was applied at 850,900 and 950℃,each for 2,4 and 6 h.The thickness of the boride layers ranged from(1.8±0.3)μm to(27.7±2.2)μm.A diffusion model based on error function solutions in Fick’s second law was proposed to quantitatively predict and elucidate the growth rate of FeB and Fe_(2)B phase layers.The activation energy(Q)values for boron diffusion in FeB layer,Fe_(2)B layer,and dual FeB+Fe_(2)B layer were found to be 256.56,161.61 and 209.014 kJ/mol,respectively,which were higher than the conventional 316 L SS.The findings might provide and open new directions and approaches for applications of additively manufactured steels. 展开更多
关键词 316L stainless steel BORIDING KINETICS additive manufacturing selective laser melting
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Microstructure and mechanical properties of novel SiC-TiC/Al-Mg-Sc-Zr composites prepared by selective laser melting
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作者 LU Ren-yi MA Guo-nan +4 位作者 BAI Guan-shun ZHAO Wen-tian ZHANG Hui-hua ZHAO Shu-ming ZHUANG Xin-peng 《Journal of Central South University》 2025年第5期1641-1659,共19页
In order to obtain high-density dual-scale ceramic particles(8.5 wt.%SiC+1.5 wt.%TiC)reinforced Al-Mg Sc-Zr composites with uniform microstructure,50 nm TiC and 7μm SiC particles were pre-dispersed into 15−53μm alum... In order to obtain high-density dual-scale ceramic particles(8.5 wt.%SiC+1.5 wt.%TiC)reinforced Al-Mg Sc-Zr composites with uniform microstructure,50 nm TiC and 7μm SiC particles were pre-dispersed into 15−53μm aluminum alloy powders by low-speed ball milling and mechanical mixing technology,respectively.Then,the effects of laser energy density,power and scanning rate on the density of the composites were investigated based on selective laser melting(SLM)technology.The effect of micron-sized SiC and nano-sized TiC particles on solidification structure,mechanical properties and fracture behaviors of the composites was revealed and analyzed in detail.Interfacial reaction and phase variations in the composites with varying reinforced particles were emphatically considered.Results showed that SiC-TiC particles could significantly improve forming quality and density of the SLMed composites,and the optimal relative density was up to 100%.In the process of laser melting,a strong chemical reaction occurs between SiC and aluminum matrix,and micron-scale acicular Al_(4)SiC_(4) bands were formed in situ.There was no interfacial reaction between TiC particles and aluminum matrix.TiC/Al semi-coherent interface had good bonding strength.Pinning effect of TiC particles in grain boundaries could prevent the equiaxial crystals from growing and transforming into columnar crystals,resulting in grain refinement.The optimal ultimate tensile strength(UTS),yield strength(YS),elongation(EL)and elastic modulus of the SiC-TiC/Al-Mg-Sc-Zr composite were~394 MPa,~262 MPa,~8.2%and~86 GPa,respectively.The fracture behavior of the composites included ductile fracture of Al matrix and brittle cleavage fracture of Al_(4)SiC_(4) phases.A large number of cross-distributed acicular Al_(4)SiC_(4) bands were the main factors leading to premature failure and fracture of SiC-TiC/Al-Mg-Sc-Zr composites. 展开更多
关键词 selective laser melting interface structure aluminum matrix composite mechanical properties elastic modulus
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Erratum to:Evolution of microstructure and mechanical properties in multi-layer 316 L-TiC composite fabricated by selective laser melting additive manufacturing
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作者 Sasan YAZDANI Suleyman TEKELI +2 位作者 Hossein RABIEIFAR Ufuk TAŞCI Elina AKBARZADEH 《Journal of Central South University》 2025年第2期691-691,共1页
Because of an unfortunate mistake during the production of this article,the Acknowledgements have been omitted.The Acknowledgements are added as follows:Sasan YAZDANI would like to thank the Scientific and Technologic... Because of an unfortunate mistake during the production of this article,the Acknowledgements have been omitted.The Acknowledgements are added as follows:Sasan YAZDANI would like to thank the Scientific and Technological Research Council of Turkey(TÜB˙ITAK)for receiving financial support for this work through the 2221 Fellowship Program for Visiting Scientists and Scientists on Sabbatical Leave(Grant ID:E 21514107-115.02-228864).Sasan YAZDANI also expresses his gratitude to Sahand University of Technology for granting him sabbatical leave to facilitate the completion of this research. 展开更多
关键词 additive manufacturing microstructure mechanical properties fellowship program multi layer L TIC composite selective laser melting
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Evolution of microstructure and mechanical properties in multi-layer 316L-TiC composite fabricated by selective laser melting additive manufacturing
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作者 Sasan YAZDANI Suleyman TEKELI +2 位作者 Hossein RABIEIFAR Ufuk TASCI Elina AKBARZADEH 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第9期2973-2991,共19页
In this study,the microstructure and mechanical properties of a multi-layered 316L-TiC composite material produced by selective laser melting(SLM)additive manufacturing process are investigated.Three different layers,... In this study,the microstructure and mechanical properties of a multi-layered 316L-TiC composite material produced by selective laser melting(SLM)additive manufacturing process are investigated.Three different layers,consisting of 316L stainless steel,316L-5 wt%TiC and 316L-10 wt%TiC,were additively manufactured.The microstructure of these layers was characterized by optical microscopy(OM)and scanning electron microscopy(SEM).X-ray diffraction(XRD)was used for phase analysis,and the mechanical properties were evaluated by tensile and nanoindentation tests.The microstructural observations show epitaxial grain growth within the composite layers,with the elongated grains growing predominantly in the build direction.XRD analysis confirms the successful incorporation of the TiC particles into the 316L matrix,with no unwanted phases present.Nanoindentation results indicate a significant increase in the hardness and modulus of elasticity of the composite layers compared to pure 316L stainless steel,suggesting improved mechanical properties.Tensile tests show remarkable strength values for the 316L-TiC composite samples,which can be attributed to the embedded TiC particles.These results highlight the potential of SLM in the production of multi-layer metal-ceramic composites for applications that require high strength and ductility of metallic components in addition to the exceptional hardness of the ceramic particles. 展开更多
关键词 multilayer metal-ceramic composites selective laser melting functionally graded materials 316 L stainless steel TIC
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铝合金粉末80μm大层厚SLM成型熔池形貌与组织演变
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作者 龚海军 王玲 +3 位作者 亢红叶 左乾隆 安治国 高正源 《材料导报》 北大核心 2025年第16期212-218,共7页
为提升现有铝合金选区激光熔化(SLM)成型工艺的铺粉层厚和质量稳定性,揭示大层厚铝合金SLM成型熔池形貌与组织演变规律,针对AlSi10Mg合金进行了80μm层厚的单层及多层SLM成型试验研究。单层单熔道实验表明,能量输入过大或过小易使单熔... 为提升现有铝合金选区激光熔化(SLM)成型工艺的铺粉层厚和质量稳定性,揭示大层厚铝合金SLM成型熔池形貌与组织演变规律,针对AlSi10Mg合金进行了80μm层厚的单层及多层SLM成型试验研究。单层单熔道实验表明,能量输入过大或过小易使单熔道出现扭曲和球化缺陷,475.0 J/m的线能量输入和小湿润角使熔池易于铺展,当熔池宽深比大于1时,可获得较为理想的平直单熔道;多熔道熔池凝固轨迹的起伏程度与激光功率密切相关,搭接率随着扫描间距的增大而减小,熔道表面球化与沟壑增多,但搭接率越大,致密度反而降低,搭接率57.1%时可获得最佳致密度。多层试样微观组织分析表明,经单层多熔道之间搭接、多层多熔道重熔和热影响后冶金结合能力提高,组织呈蜂窝状结构,与小层厚组织相似、力学性能接近,其致密度可达99.24%,成型效率可达31.7 cm^(3)/h。本工作成功将大层厚成型工艺应用于某水泵叶轮件的SLM成型,为获得高强度、致密、性能良好的铝合金零件提供了理论参考。 展开更多
关键词 铝合金 选区激光熔化 大层厚 熔道形貌 微观组织 成型效率
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SLM成形梯度体积分数镍钛合金Gyroid点阵结构
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作者 李毅 王晓强 +3 位作者 陈志桥 周燕 文世峰 史玉升 《中国有色金属学报》 北大核心 2025年第4期1179-1194,共16页
通过选区激光熔化技术成形的点阵结构因其优异的抗冲击性能和能量吸收性能在航空航天、机械装备和生物医学等领域受到广泛关注。在本工作中,采用选区激光熔化(SLM)技术制备了不同体积分数的均质和梯度sheet型Gyroid点阵结构,利用有限元... 通过选区激光熔化技术成形的点阵结构因其优异的抗冲击性能和能量吸收性能在航空航天、机械装备和生物医学等领域受到广泛关注。在本工作中,采用选区激光熔化(SLM)技术制备了不同体积分数的均质和梯度sheet型Gyroid点阵结构,利用有限元模拟对Gyroid点阵结构的成形精确度、压缩特性及其在受压变形过程中的应力分布进行了系统研究。结果表明:该点阵结构的压缩曲线可以分为三个阶段,即弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和结构逐层失效阶段;随着体积分数的增大,SLM成形梯度sheet型Gyroid点阵结构吸收总能量增加,Gyroid点阵结构的压缩模量和屈服强度也逐渐增大;在压缩载荷作用下,均质和梯度sheet型Gyroid点阵结构的应力主要集中于倾斜曲面间的连接区域;随着梯度点阵结构局部体积分数梯度减少,应力集中更加严重;随着梯度点阵结构梯度范围增大,梯度点阵结构形成的应力梯度区间增大;均质和梯度sheet型Gyroid点阵结构压缩断裂行为均为脆性断裂。 展开更多
关键词 NITI合金 Gyroid点阵结构 激光选区熔化 力学性能 有限元模拟
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Cu对SLM成形CoCrMoW合金的力学行为及抗菌性能的影响机制
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作者 张雯 谢文强 +6 位作者 邵龙泉 阿不都沙特·阿不都热西提 刘环 闫星辰 陶宏伟 常成 田晶 《材料科学与工艺》 北大核心 2025年第2期43-50,共8页
为了解决义齿口腔开放环境、血管支架类假体植入后可能带来的术后感染和炎症,本文基于Cu元素作为一种良好的广谱抗菌剂,结合激光选区熔化技术(SLM)的高自由成形度,在CoCrMoW合金中选择添加了不同比例的Cu元素(2%、4%、6%,质量分数),开... 为了解决义齿口腔开放环境、血管支架类假体植入后可能带来的术后感染和炎症,本文基于Cu元素作为一种良好的广谱抗菌剂,结合激光选区熔化技术(SLM)的高自由成形度,在CoCrMoW合金中选择添加了不同比例的Cu元素(2%、4%、6%,质量分数),开发出了力学性能优异且兼具抗菌性能的CoCrMoW-xCu合金。对比了CoCrMoW-xCu合金的显微组织、力学性能及抗菌行为,结果表明:Cu元素的引入对其物相种类影响不大,仍由高温γ-Co相和ε-Co相组成,Cu的引入抑制了高韧γ-Co向硬脆ε-Co相的马氏体转变,导致强硬度提升有限。通过CoCrMoW-xCu合金对金黄色葡萄球菌的抗菌测定,微小的α-Cu相有助于增强抗菌活性。优选综合性能良好的CoCrMoW-2Cu合金(抗拉强度为(1100±21.5)MPa,断后伸长率为9.5%±0.84%,抗菌率为34.75%)成分进行了SLM抗菌牙冠的仿形制造,为临床用SLM成形的抗菌植入体提供了强有力的理论基础和数据支撑。 展开更多
关键词 激光选区熔化 CoCrMoW-xCu合金 力学行为 抗菌性能 生物医用
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光斑直径与退火对SLM成形TC4合金组织与性能影响
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作者 龚海军 李欢 +2 位作者 孙鹏飞 钟厉 张继祥 《热加工工艺》 北大核心 2025年第6期116-121,共6页
为研究光斑直径对选区激光熔化(SLM)Ti-6Al-4V(TC4)合金成形的影响,采用9组50~210μm光斑直径成形试样,并对试样的致密度、表面粗糙度及退火处理前后的组织与性能进行分析。结果发现,随着光斑直径的增加,试样的表面粗糙度增大,致密度明... 为研究光斑直径对选区激光熔化(SLM)Ti-6Al-4V(TC4)合金成形的影响,采用9组50~210μm光斑直径成形试样,并对试样的致密度、表面粗糙度及退火处理前后的组织与性能进行分析。结果发现,随着光斑直径的增加,试样的表面粗糙度增大,致密度明显降低,强度随着致密度下降显著降低。光斑直径70μm成形的试样,其致密度与表面粗糙度达到最优,分别为97.58%和12.6μm,抗拉强度达到1201.7 MPa。对试样进行850℃/2 h随炉冷却的退火处理后,试样不稳定的α'马氏体组织分解为稳定的(α+β)组织,β相增多,α相长大。热处理后,试样的表面硬度下降4~7 HRC,抗拉强度最高降低22.7%,断面收缩率增加6.9%。结果表明退火可使70μm光斑直径SLM成形TC4钛合金获得较佳的强度与塑性。 展开更多
关键词 选区激光熔化 TI-6AL-4V 光斑直径 退火热处理 组织 性能
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SLM制备块体Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金的成形质量及微观组织
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作者 葛亚琼 宋月 +4 位作者 畅泽欣 侯庆玲 徐海军 乔建福 侯敏 《焊接学报》 北大核心 2025年第3期89-95,共7页
激光选区熔化(selective laser melting,SLM)是实现高性能高熵合金零部件快速制造的热点技术之一,然而在SLM成形过程中,多参数制造空间会直接影响材料的微观结构,进而影响高熵合金的性能.文中探究了SLM制备Al_(0.5)CoCrFeNi块体高熵合... 激光选区熔化(selective laser melting,SLM)是实现高性能高熵合金零部件快速制造的热点技术之一,然而在SLM成形过程中,多参数制造空间会直接影响材料的微观结构,进而影响高熵合金的性能.文中探究了SLM制备Al_(0.5)CoCrFeNi块体高熵合金的多参数制造空间—致密度—微观结构—显微硬度的综合关系,为SLM制备多参数组合的高熵合金提供理论参考和技术支持.结果表明,SLM成形工艺参数为激光功率P=100 W、扫描速度v=1500 mm/s、层间旋转角α=67°及体积能量密度VED=44.4 J/mm^(3)时试样成形质量最好,内部孔隙度最低,为1.8%.较低或较高的VED对宏观成形质量均有负面影响,VED对相分布、晶粒形态和平均粒径均有影响:SLM成形的Al_(0.5)CoCrFeNi块体高熵合金由FCC和BCC双相构成,随着VED值的增加,FCC相含量从99.73%增加到99.98%;晶粒以柱状晶为主,平均晶粒尺寸先减后增;低角度晶界呈现先增后减趋势,高角度晶界变化趋势相反;其显微硬度先降后升至最高244.3 HV,这一变化趋势与平均晶粒尺寸随VED变化的趋势符合Hall-Petch关系.创新点:(1)研究多参数制造空间对SLM成形Al_(0.5)CoCrFeNi块体高熵合金的影响.(2)探讨Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金的SLM工艺-致密度-微观结构-硬度的综合关系. 展开更多
关键词 高熵合金 选区激光熔化 工艺参数 微观组织
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Experimental study on mechanism of influence of laser energy density on surface quality of Ti-6Al-4V alloy in selective laser melting 被引量:10
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作者 SHI Wen-tian LI Ji-hang +3 位作者 LIU Yu-de LIU Shuai LIN Yu-xiang HAN Yu-fan 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第10期3447-3462,共16页
This experiment obtained different laser energy density(LED) by changing SLM molding process parameters.The surface morphology, surface quality, and microstructure of as-fabricated samples were studied. The effects of... This experiment obtained different laser energy density(LED) by changing SLM molding process parameters.The surface morphology, surface quality, and microstructure of as-fabricated samples were studied. The effects of scanning speed, hatching space, and laser power on surface quality were analyzed, and the optimal LED range for surface quality was determined. The results show that pores and spherical particles appear on the sample’s surface when low LED is applied, while there are lamellar structures on the sides of the samples. Cracks appear on the sample’s surface,and the splash phenomenon increases when a high LED is taken. At the same time, a large amount of unmelted powder adhered to the side of the sample. The surface quality is the best when the LED is 150-170 J/mm^(3). The preferred hatch space is currently 0.05-0.09 mm, the laser power is 200-350 W, and the average surface roughness value is(15.1±3) μm.The average surface hardness reaches HV404±HV3, higher than the forging standard range of HV340-HV395.Increasing the LED within the experiment range can increase the surface hardness, yet an excessively high LED will not further increase the surface hardness. The microstructure is composed of needle-like α’-phases with a length of about 20μm, in a crisscross ‘N’ shape, when the LED is low. The β-phase grain boundary is not obvious, and the secondaryphase volume fraction is high;when the LED is high, the α’-phase of the microstructure is in the form of coarse slats, and the secondary-phase is composed of a small amount of secondary α’-phase, the tertiary α’-phase and the fourth α’-phase disappear, and the volume fraction of the secondary-phase becomes low. 展开更多
关键词 laser energy density surface quality selective laser melting TI-6AL-4V MICROSTRUCTURE
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Microstructure and mechanical property of additively manufactured NiTi alloys:A comparison between selective laser melting and directed energy deposition 被引量:14
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作者 ZHENG Dan LI Rui-di +4 位作者 YUAN Tie-chui XIONG Yi SONG Bo WANG Jia-xing SU Ya-dong 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第4期1028-1042,共15页
NiTi shape memory alloy(SMA)with nominal composition of Ni 50.8 at%and Ti 49.2 at%was additively manufactured(AM)by selective laser melting(SLM)and laser directed energy deposition(DED)for a comparison study,with emph... NiTi shape memory alloy(SMA)with nominal composition of Ni 50.8 at%and Ti 49.2 at%was additively manufactured(AM)by selective laser melting(SLM)and laser directed energy deposition(DED)for a comparison study,with emphasis on its phase composition,microstructure,mechanical property and deformation mechanism.The results show that the yield strength and ductility obtained by SLM are 100 MPa and 8%,respectively,which are remarkably different from DED result with 700 MPa and 2%.The load path of SLM sample presents shape memory effect,corresponding to martensite phase detected by XRD;while the load path of DED presents pseudo-elasticity with austenite phase.In SLM sample,fine grain and hole provide a uniform deformation during tensile test,resulting in a better elongation.Furthermore,the nonequilibrium solidification was studied by a temperature field simulation to understand the difference of the two 3D printing methods.Both temperature gradient G and growth rate R determine the microstructure and phase in the SLM sample and DED sample,which leads to similar grain morphologies because of similar G/R.While higher G×R of SLM leads to a finer grain size in SLM sample,providing enough driving force for martensite transition and subsequently changing texture compared to DED sample. 展开更多
关键词 Ni50.8Ti49.2 shape memory alloy additive manufacturing selective laser melting laser directed energy deposition mechanical properties
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基于SLM技术的中心预控槽破片战斗部的破碎特性
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作者 李伟航 姚文进 +4 位作者 朱炜 李文彬 张庆 李一鸣 刘燕宁 《火炸药学报》 北大核心 2025年第2期186-194,I0008,共10页
为了研究3D打印破片战斗部壳体的破片成形特性,对选区激光熔化(SLM)的中心预控槽钢壳体进行水介质破片回收试验。通过对比不同装药长径比、预控槽深度比例及网络形状的破片成形情况,明确预控槽参数对破片形态的影响,并讨论了其断裂模式... 为了研究3D打印破片战斗部壳体的破片成形特性,对选区激光熔化(SLM)的中心预控槽钢壳体进行水介质破片回收试验。通过对比不同装药长径比、预控槽深度比例及网络形状的破片成形情况,明确预控槽参数对破片形态的影响,并讨论了其断裂模式。结果表明,中心预控槽通过定向引导显著提升破碎可控性,破片质量回收率为87.09%~94.42%,完整破片生成率最高可达99.60%;装药长径比存在临界阈值,当装药长径比小于2.1时,完整破片生成率稳定于87.62%,连体率保持为22.40%;而装药长径比超过2.1时,完整生成率骤降至70.37%,连体率跃升至69.44%;连体破片数量与预控槽深度比例η呈显著负相关,完整破片生成率则随预控槽深度比例的增大而显著升高;横斜与菱形的网络形状相比于方形网络具有更好的破碎均匀性,完整破片生成率分别为96.09%和99.60%。断裂模式分析表明,轴向断裂以拉伸破坏为主,周向壳体内侧为剪切破坏,外侧为拉伸断裂,且当η>53.3%时,外侧剪切带宽度与内侧趋同。 展开更多
关键词 材料科学 预控破片战斗部 选区激光熔化 3D打印 中心预控槽 316L不锈钢粉末
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Microstructure,mechanical properties and corrosion performance of selective laser melting Ti/GNPs composite with a porous structure 被引量:4
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作者 YANG Xin ZHANG Zhao-yang +5 位作者 WANG Ben MA Wen-jun WANG Wan-lin CHEN Wen-ge KANG Ning-ning LIU Shi-feng 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第8期2257-2268,共12页
In this study,nano-graphene reinforced titanium matrix composites(GNPs/Ti)with a honeycomb porous structure were fabricated by selective laser melting(SLM).The effects of graphene on the microstructure,mechanical prop... In this study,nano-graphene reinforced titanium matrix composites(GNPs/Ti)with a honeycomb porous structure were fabricated by selective laser melting(SLM).The effects of graphene on the microstructure,mechanical properties and corrosion performance of the SLM GNPs/Ti were systematically investigated.Results of microstructure characterization show that:1)the density of the SLM GNPs/Ti was improved as compared to that of the SLM Ti;2)abundant TiC particles were formed in the SLM GNPs/Ti.The hardness and compressive strength of the composite increased by 90%(from HV 236 to HV 503)and 14%(from 277 MPa to 316 MPa),respectively,attributed to the uniformly distributed TiC and fine GNPs in the Ti matrix.Electrochemical tests reveal that the corrosion current density of the SLM GNPs/Ti is only 0.328μA/cm^(2),that is about 25%less than that of the SLM Ti.The results indicate that the incorporation of nano-graphene is a potential method to strengthen the Ti by SLM. 展开更多
关键词 porous GNPs/Ti composites selective laser melting MICROSTRUCTURE mechanical properties corrosion properties
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基于SLM工艺的点阵结构优化设计工艺要素
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作者 敬晨晨 卢继平 庞璐 《实验技术与管理》 北大核心 2025年第2期28-36,共9页
为了研究SLM工艺对点阵结构的影响,设计了SLM工艺对点阵结构中杆单元的形貌和力学性能影响的实验方案,发现SLM工艺对不同倾角的杆单元的成形质量有很大影响,随倾角的增大成型误差也逐渐减小。杆单元的直径对成型质量存在着一定的影响,... 为了研究SLM工艺对点阵结构的影响,设计了SLM工艺对点阵结构中杆单元的形貌和力学性能影响的实验方案,发现SLM工艺对不同倾角的杆单元的成形质量有很大影响,随倾角的增大成型误差也逐渐减小。杆单元的直径对成型质量存在着一定的影响,随着直径的增加,相对误差也随之减小;杆单元的直径和倾角对其力学性能没有影响。实验最后拟合得到了一组杆单元横截面积预测公式,该公式能够根据杆单元的倾角和设计直径预测在当前工艺下制造后的杆单元直径,从而在设计阶段就对其修正以减小采用SLM加工带来的误差,使得生产出来的产品性能更加符合预期,对整个结构设计领域具有重要意义。 展开更多
关键词 slm工艺 点阵结构 拓扑优化 增材制造
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SLM成形316L不锈钢微观组织演化模拟与试验验证
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作者 李东虎 蒋玮 +1 位作者 吴浩楠 翟海峰 《焊接学报》 北大核心 2025年第4期72-81,共10页
为研究激光选区熔化(selective laser melting,SLM)中工艺参数对成形过程及成形质量的影响,文中以316L不锈钢粉末为材料,设计了SLM成形316L不锈钢对照试验,并以试验为基础进行了数值模拟分析,首先采用离散元法(discrete element method,... 为研究激光选区熔化(selective laser melting,SLM)中工艺参数对成形过程及成形质量的影响,文中以316L不锈钢粉末为材料,设计了SLM成形316L不锈钢对照试验,并以试验为基础进行了数值模拟分析,首先采用离散元法(discrete element method,DEM)建立单层厚度为40μm的粉末模型,其次采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法模拟了激光对粉床的熔化过程,最后基于仿真温度场通过元胞自动机(cellular automaton,CA)对熔化区域微观组织进行模拟.结果表明,当激光热输入范围为136.4~250.0 J/m时,单道质量较高.当选定扫描间距为70μm时,激光热输入不应低于181.8 J/m,微观组织模拟结果表明,熔池内部的晶粒尺寸与激光功率和扫描速度密切相关.在合理的激光热输入范围内,当工艺参数组合为铺粉厚度为40μm,扫描间距为70μm,激光功率为200 W,扫描速度为1.1 m/s时,熔池微观组织中晶粒尺寸最小.文中采用的热流体流动模型和微观组织演化模型能够在不同尺度上对SLM成形结果进行准确的预测,并能在试验的基础上对工艺参数优化提供指导. 展开更多
关键词 激光选区熔化 316L不锈钢 熔池 元胞自动机 数值模拟
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基于本构模型和人工神经网络对SLM成型GH3625合金热变形行为的研究
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作者 李京筱 杨茗潇 +6 位作者 胡雅清 李忠利 费国胜 方琴 杜东方 刘志立 袁柳 《塑性工程学报》 北大核心 2025年第7期200-210,共11页
使用Gleeble-3500热模拟试验机对SLM成型GH3625合金进行了热压缩实验,热变形温度范围为900~1100℃,应变速率范围为0.1~10 s^(-1),建立并对比了Arrhenius本构方程、应变补偿本构方程和人工神经网络的预测准确性,研究了合金的微观组织演... 使用Gleeble-3500热模拟试验机对SLM成型GH3625合金进行了热压缩实验,热变形温度范围为900~1100℃,应变速率范围为0.1~10 s^(-1),建立并对比了Arrhenius本构方程、应变补偿本构方程和人工神经网络的预测准确性,研究了合金的微观组织演变。结果表明:与铸态GH3625合金相比,SLM成型的GH3625合金热变形激活能更高,热塑性变形困难程度增加。对比模型预测值与实验数据之间的误差后发现,人工神经网络预测能力高于唯象型本构方程,其预测数据与实验数据的相关系数达到0.99,平均相对误差为1.6%。随热变形温度和应变速率升高,合金再结晶率由13.7%增加至76.9%,合金的动态再结晶机制随变形温度升高由连续动态再结晶主导转为不连续动态再结晶主导。 展开更多
关键词 GH3625合金 选区激光熔化 热变形 本构方程 人工神经网络
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基于离散元法的SLM刮刀倾角对粉末铺展行为的影响研究 被引量:2
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作者 李雯 刘其鹏 +3 位作者 高月华 楚锡华 张昭 王振军 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期774-784,共11页
刮刀倾角对选区激光熔化过程粉末铺展行为有重要影响.基于离散元法建立铺粉数值模型,对不同刮刀倾角的铺粉过程及粉层质量进行模拟研究.针对不同的刮刀倾角,提出一个量化指标对粉层铺展的致密度和均匀性进行综合评估,获得刮刀倾角对粉... 刮刀倾角对选区激光熔化过程粉末铺展行为有重要影响.基于离散元法建立铺粉数值模型,对不同刮刀倾角的铺粉过程及粉层质量进行模拟研究.针对不同的刮刀倾角,提出一个量化指标对粉层铺展的致密度和均匀性进行综合评估,获得刮刀倾角对粉层质量的影响规律.根据颗粒分布及运动特征将粉堆颗粒体系划分为底层区、斜坡区、刮刀影响区和内部区4个区域.针对各区域进行铺粉过程动力学机理的深入研究,包括颗粒运动轨迹和速度场、刮刀前方剪切带、颗粒间力链分布及演化等.研究发现:刮刀倾角小于0时,颗粒体系难以形成完整的环流运动,剪切带较小,流向沉积层的颗粒较少,颗粒间强力链较少,刮刀间隙前方易形成力拱导致颗粒堵塞,进而形成空斑使得沉积层的致密度和均匀性较低.刮刀倾角大于0时,颗粒体系的环流运动较充分,剪切带较大,流向沉积层的颗粒增多,随倾角增大强力链增多,刮刀压实作用增强,有利于沉积层致密度和均匀性的提高.本研究为优化工艺参数、提高粉层沉积质量提供了理论基础. 展开更多
关键词 选区激光熔化 离散单元法 铺粉过程 刮刀倾角 流动机理
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SLM成形IN738LC合金的微动磨损行为及磨损机理 被引量:1
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作者 胡勇 张旭 +2 位作者 贾慧斌 王少辉 柴利强 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1393-1404,共12页
本文通过高精度微动摩擦磨损试验机(SRV-V),以球/平面点接触模式对选区激光熔化(SLM)技术制备的IN738LC合金进行切向微动磨损实验,系统研究了恒定载荷条件下(50 N),不同位移幅值(50、100、150、200μm)试样的微动磨损行为及其磨损机理... 本文通过高精度微动摩擦磨损试验机(SRV-V),以球/平面点接触模式对选区激光熔化(SLM)技术制备的IN738LC合金进行切向微动磨损实验,系统研究了恒定载荷条件下(50 N),不同位移幅值(50、100、150、200μm)试样的微动磨损行为及其磨损机理。结果表明:随着位移幅值增加,试样的摩擦因数和磨损体积逐渐增大,微动磨损运行状态由混合区逐渐转变为完全滑移区,50μm试样的磨损机理为轻微氧化磨损和疲劳磨损,200μm试样的磨损机理转变为氧化磨损、疲劳磨损和磨粒磨损。此外,磨痕中的微裂纹分布强烈依赖于微动区类型,即微裂纹出现在黏着区域和滑移区域的交界位置及完全滑移区域内。由于磨痕边缘存在犁削作用,磨痕形状由圆形变为椭圆形。 展开更多
关键词 选区激光熔化 IN738LC合金 微动磨损 位移幅值 磨损机理
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18Ni300模具钢SLM成形质量评价及工艺优化 被引量:2
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作者 杨钦文 仪传明 +2 位作者 肖罡 戴璐祎 李伟奇 《塑性工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期90-97,共8页
采用选区激光熔化工艺(SLM)制备了18Ni300模具钢试样,通过定量分析激光功率、扫描间距和扫描速度等工艺参数对成形试样相对密度和表面粗糙度等成形质量指标的影响,提出了一种基于相对密度和表面粗糙度的成形质量评价方法,构建了多工艺... 采用选区激光熔化工艺(SLM)制备了18Ni300模具钢试样,通过定量分析激光功率、扫描间距和扫描速度等工艺参数对成形试样相对密度和表面粗糙度等成形质量指标的影响,提出了一种基于相对密度和表面粗糙度的成形质量评价方法,构建了多工艺参数对成形质量的预测模型,实现了基于NSGA-Ⅱ算法的工艺参数多目标优化。结果表明:随着激光功率、扫描速度和扫描间距的增大,相对密度先增大后减小,表面粗糙度先减小后增大;工艺参数与相对密度和表面粗糙度属于非线性映射关系,结合方差分析和NSGA-Ⅱ算法确定了相对密度和表面粗糙度的Pareto最优解集;最优工艺参数(激光功率202.7 W、扫描速度909.1 mm·s^(-1)、扫描间距0.078 mm)下,试样相对密度为0.99、表面粗糙度为16.7μm、硬度为298.5 HV。 展开更多
关键词 18Ni300模具钢 选区激光熔化 质量评价 工艺优化 多目标优化
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基于激光重熔的SLM成形316L不锈钢温度场仿真及工艺优化 被引量:2
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作者 郑志军 郑翔 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第17期262-268,共7页
SLM成形过程中激光重熔可改善冶金质量和提高性能,但是目前激光重熔对温度场的影响尚不清楚。本工作利用有限元方法建立316L不锈钢模型,对比未重熔与激光重熔的温度场特征,分析不同重熔工艺参数下的温度结果和不同重熔工艺参数下所制备... SLM成形过程中激光重熔可改善冶金质量和提高性能,但是目前激光重熔对温度场的影响尚不清楚。本工作利用有限元方法建立316L不锈钢模型,对比未重熔与激光重熔的温度场特征,分析不同重熔工艺参数下的温度结果和不同重熔工艺参数下所制备样品的致密度和孔隙尺寸。结果表明,激光重熔有较好的预热效果,单层成形最低温度提高了约69%,多层成形因热量扩散影响预热效果仅将温度提高10%。激光重熔工艺对激光第一次扫描的最高温度没有影响,但可提高第二次扫描的温度。重熔激光能量密度从29 J/m升至117 J/m,最高温度上升了36.40%,最低温度上升了12%。致密度的改善不明显,但孔隙尺寸有明显的减小。当激光重熔能量密度为50 J/m时,致密度高达99.95%,孔隙的深度和宽度下降了64.9%和35.2%。 展开更多
关键词 选区激光熔化 激光重熔 316L不锈钢 温度场仿真
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