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1、金屬材料在增材制造技術(shù)中的研究進(jìn)展

2、alloy 625國(guó)標(biāo)alloy 625抗氧化性能

金屬材料在增材制造技術(shù)中的研究進(jìn)展

　　編輯：南極熊，金屬材料支撐著整個(gè)制造業(yè)，開(kāi)發(fā)金屬材料的增材制造技術(shù)是當(dāng)今世界的一大重要課題，雖然已有很多研究人員在此方面做了工作，但無(wú)論從數(shù)量上還是質(zhì)量上都還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，產(chǎn)業(yè)化的則更是少之又少，從科研角度來(lái)說(shuō)。

　　單單研究試樣材料的性能就要涉及粉末冶金、成形過(guò)程和，金屬材料本身的價(jià)值不菲，研究的成本著實(shí)很高，周期又十分長(zhǎng)，要想完成體系的研究工作僅靠科研院所內(nèi)的課題組在幾年。

　　在“十五”期間，北京航空航天大學(xué)王華明教授團(tuán)隊(duì)突破激光熔化沉積關(guān)鍵，成功制造ＴＣ４鈦合金，其室溫及高溫拉伸、高溫蠕變、高溫持久、光滑疲勞、缺，該結(jié)構(gòu)件已實(shí)現(xiàn)在飛機(jī)上的裝機(jī)應(yīng)用，西北工業(yè)大學(xué)黃衛(wèi)東教授對(duì)ＴＣ４激光立體成形件進(jìn)行研，無(wú)論是沉積態(tài)還是熱處理態(tài)的力學(xué)性能都優(yōu)于鍛造退火態(tài)。

　　此外，北京航空制造工程研究所高能束流加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利，在國(guó)外，美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)已出臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)ＡＳＴＭ－Ｆ２９２４－，這也是增材制造行業(yè)為數(shù)不多的涉及到具體材料的標(biāo)準(zhǔn)。

　　可以說(shuō)，運(yùn)用增材制造方法制備ＴＣ４鈦合金的工藝技術(shù)相當(dāng)成熟，已全面進(jìn)入市場(chǎng)銷售和生產(chǎn)服務(wù)，隨后的研究會(huì)著重于ＴＣ４成分和工藝參數(shù)的進(jìn)一步優(yōu) ，２ 鎳合金。

　　鎳通過(guò)添加適宜的元素可提高抗氧化性、抗蝕性和耐高溫，所以鎳合金廣泛用于工業(yè)和軍事領(lǐng)域的高溫耐蝕零部件，近年來(lái)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)高溫合金的承溫能力、強(qiáng)韌性、疲勞性能等多方面提出，這種情況下鎳基合金的快速成形研究變得活躍。

　　如何控制冶金缺陷和熔凝組織，使構(gòu)件達(dá)到優(yōu)異性能是研究中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，此外，關(guān)于金屬材料固相燒結(jié)或化學(xué)反應(yīng)結(jié)合為機(jī)制的增材制造，Ｋｒｕ ｔｈ給予了詳細(xì)描述和分類，之所以會(huì)有不同的成形機(jī)制和工藝主要在于材料種類的多。

　　國(guó)內(nèi)外研究人員仍在不斷地開(kāi)發(fā)出新的材料體系以滿足于，以下就逐一介紹增材制造技術(shù)中幾類重要的金屬材料，之后，３２１奧氏體不銹鋼也將被推向市場(chǎng)，在馬氏體不銹鋼方面，有研究報(bào)道激光熔覆４２０不銹鋼件的耐蝕性比常規(guī)鍛造。

　　而現(xiàn)在市場(chǎng)上以２Ｃｒ１３和１７－４ＰＨ兩種材料為主，德國(guó)的ＥＯＳ公司還特別研制了ＭＳ１、ＧＰ１和ＰＨ１，該類合金廣泛用于航空航天領(lǐng)域，但其熔煉與成形工藝復(fù)雜，現(xiàn)已發(fā)展出激光快速成形技術(shù)，３００ Ｍ、３０ＣｒＭｎＳｉＡ和 ４０ＣｒＭｎＳｉ。

　　模具一般為單件、小批量生產(chǎn)，其外形相對(duì)復(fù)雜，內(nèi)部需隨形冷卻通道，特別適合用增材制造技術(shù)加工，鈦合金具有比強(qiáng)度高、 耐蝕性好、高溫力學(xué)性能優(yōu)良等，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，但高昂的加工成本和較長(zhǎng)的交貨周期，限制了其應(yīng)用范圍。

　　特別地，對(duì)于有定制化要求的航空航天和生物醫(yī)用領(lǐng)域更是突顯了，鈦合金是增材制造技術(shù)中率先被廣泛研究和應(yīng)用的合 金，Ｔｉ－６Ａｌ－ ４Ｖ（ＴＣ４）合金在航空工業(yè)中主要，該合金具有良好的熱塑性和可焊性，非常適合于激光束或電子束快速成形工藝，美國(guó)ＡｅｒｏＭｅｔ公司是史上第一家運(yùn)用激光快速成形。

　　但其ＴＣ４構(gòu)件即使經(jīng)過(guò)熱等靜壓（ＨＩＰ）或開(kāi)模鑄造，性能也達(dá)不到鍛件標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法作為主承力構(gòu)件，與此同時(shí)，瑞典的Ａｒｃａｍ公司基于電子束熔煉快速制造技術(shù)發(fā)展。

　　可直接由金屬粉末生成完全致密零件，國(guó)內(nèi)西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的黃衛(wèi)東教授，發(fā)展出激光立體成形技術(shù)，獲得了形狀較為復(fù)雜的金屬零部件，隨后，美國(guó)Ｌｏｓ Ａｌａｍｏｓ國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了直接光學(xué)制，美國(guó)Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ和Ｃａｒ。

　　美國(guó)密西根大學(xué)研究開(kāi)發(fā)了直接金屬沉積技術(shù)，德國(guó)弗朗和夫研究所開(kāi)發(fā)了控制金屬堆積技術(shù)，英國(guó)Ｂｉｒｍｉｎｇ ｈａｍ大學(xué)的吳鑫華教授提出了受，如今，在國(guó)內(nèi)以金屬激光熔覆、金屬材料選區(qū)激光熔化或燒結(jié)），ＳＬＳ技術(shù)路線如圖２所示，雖然眾多的研究院所和學(xué)者給金屬材料增材制造技術(shù)分門。

　　但其中的成形原理卻不外乎幾類，３ 鋼，對(duì)金屬材料在增材制造技術(shù)研究中的發(fā)展史進(jìn)行了概述，并分類描述了不同的成形機(jī)制，重點(diǎn)詳細(xì)介紹了增材制造技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)各類金屬材料的研究，種類涵蓋到鈦合金、鎳合金、鋼、鋁合金和硬質(zhì)合金等材。

　　最后提出行業(yè)應(yīng)該更注重“政用產(chǎn)學(xué)研”五位一體化，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，逐漸形成一系列金屬材料的增材制造工藝方法及標(biāo)準(zhǔn)，硬質(zhì)合金是以難熔金屬碳化物為基，鈷或鎳等作粘結(jié)金屬，用粉末冶金方法制得的合金材料，硬質(zhì)合金一般很難用傳統(tǒng)加工手段獲得。

　　現(xiàn)今，用激光熔覆技術(shù)已成形多種硬質(zhì)合金，如ＷＣ／Ｃｏ、ＴｉＣ／Ｃｏ、（ＷＣ－ＳｉＣ）／Ｃｏ，鈷鉻合金是鈷基合金中的一種，具有優(yōu)良的耐腐蝕和力學(xué)性能，根據(jù)添加合金元素的不同又分為ＣｏＣ ｒＷ和ＣｏＣｒ。

　　廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，市場(chǎng)上個(gè)性化定制的烤瓷牙都是用該合金材料激光成形制，已逐步占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位，除上述合金材料外，增材制造技術(shù)還涉及了Ｃｕ－Ｓｎ、Ｗ－Ｎｉ、Ｎｉ－Ａ。

　　轉(zhuǎn)向生物醫(yī)用領(lǐng)域，一些常用材料已經(jīng)被認(rèn)證，如Ａｒ－ ｃａｍ公司的ＣＰ２和Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ，此外，Ｍ．Ｓｐ ｉｅｒｓ等用ＳＬＭ工藝成形Ｔｉ－１３Ｎｂ，研究了多孔幾何形狀對(duì)其力學(xué)性能的影響，Ｊ．Ｈ ｅｒｎａｎｄｅｚ等用ＥＢＭ法制備出β相Ｔｉ，分析了其微觀結(jié)構(gòu)和硬度。

　　另有研究針對(duì)Ｔｉ－６Ａｌ－７Ｎｂ鈦合金的激光成形，探討了各因素對(duì)構(gòu)件性能和應(yīng)用的影響，在保證性能的前提下，如何使材料和人體有著生物相容性是各研究者接下來(lái)需要，增材制造技術(shù)，顧名思義，是指運(yùn)用離散－堆積的方法將材料一點(diǎn)一點(diǎn)地增加起來(lái)的。

　　主要工藝流程如圖１所示，２１世紀(jì)初，Ｒｅｎｅ ９５合金激光快速成形件的力學(xué)性能強(qiáng)度指標(biāo)，塑 性指標(biāo)超過(guò)粉末冶金Ａ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，之后，日本大阪大學(xué)的Ｙｏ－ｓｈｉｈｉｒｏ Ｆｕｊ ｉｔａ，Ｔ ｅｘａｓ大學(xué)的Ｌ．Ｅ．Ｍｕｒｒ等詳細(xì)研究了電子，另外。

　　據(jù)報(bào)道通用電氣公司很早就介入了金屬材料增材制造技術(shù)，早期主要由其航空部進(jìn)行研發(fā)和運(yùn)用，現(xiàn)正逐漸轉(zhuǎn)到其他部門，針對(duì)自身研發(fā)出的Ｒｅｎ ｅ合金肯定也做了不少相關(guān)研，Ｔｉ－６Ａｌ－２Ｚｒ－１Ｍｏ－ １Ｖ（ＴＡ１５）合。

　　具有良好的熱強(qiáng)性、可焊性和工藝塑性，和ＴＣ４一樣，作為飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)用重要鈦合金材料，也已實(shí)現(xiàn)在飛機(jī)上的裝機(jī)應(yīng)用，激光快速成形ＴＡ１５鈦合金的各項(xiàng)性能（包括銑削、鏜。

　　退火熱處理后的ＴＡ１５合金厚壁件的拉伸力學(xué)性能優(yōu)于，Ｔｉ－６Ａｌ－３．５Ｍｏ－１．８Ｚｒ－ ０．３Ｓｉ，屬于α＋β兩相合金，合金中加入少量Ｓｉ增強(qiáng)抗蠕變性能，再加上外觀形狀設(shè)計(jì)的問(wèn)題，金屬材料的增材制造技術(shù)研究工作可謂是一項(xiàng)浩大的“工，在推廣至產(chǎn)業(yè)化的道路上，已有例如ＴＣ４等材料成為先驅(qū)者。

　　但應(yīng)用限制還是很明顯，現(xiàn)如今，使用金屬材料增材制造技術(shù)最多的兩個(gè)行業(yè)是航空航天領(lǐng)，前者是國(guó)家牽頭的軍工單位為主，資本雄厚，無(wú)后顧之憂。

　　后者則是有名的暴利行業(yè)，說(shuō)到底，這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展至今還是不夠接地氣，在僅有的幾種材料中，粉末研發(fā)和工藝控制這兩大關(guān)鍵技術(shù)也沒(méi)有發(fā)展到最成熟，鋁合金的熔點(diǎn)較低，快速熔凝過(guò)程中溫度梯度相對(duì)較小，成形件不易變形開(kāi)裂。

　　普遍適用于ＬＣ、ＳＬＳ和ＳＬＭ等工藝，黃衛(wèi)東教授團(tuán)隊(duì)使用ＡｌＳ ｉ１２合金粉末激光成形修，修復(fù)部位的力學(xué)性能甚至超過(guò)基體合金，Ｌｏｒｅ Ｔｈｉｊｓ等采用ＳＬＭ工藝進(jìn)行ＡｌＳｉ１，獲得較好組織結(jié)構(gòu)的鋁合金部件，另有 ＡｌＳｉ７Ｍｇ、ＡｌＳｉ９Ｃｕ３、ＡｌＭｇ ，１ 鈦合金。

　　例如，Ｌ．Ｓｅｘｔｏｎ采用Ｉｎｃｏｎｅｌ ６２５合金進(jìn)行，獲得較好的微觀組織、較高的硬度和較低的孔隙率，孫鴻卿等在定向凝固鎳基高溫合金上激光熔覆Ｉｎｃｏｎ，從裂紋敏感性的角度著手進(jìn)行研究。

　　此外，Ｉｎｃｏｎｅｌ ６００、Ｉｎ－ ｃｏｎｅｌ ６９０，Ｒｅｎ ｅ系列是通用電氣公司自主研發(fā)用于旗下產(chǎn)品高，４ 其他，２０１０年，貴州黎陽(yáng)航天動(dòng)力有限公司與北航一同開(kāi)展了“大型鈦合。

　　完成了《ＴＣ１ １鈦合金整體葉盤激光快速成形制件及，力學(xué)性能達(dá)到鍛件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，Ｔｉ－４Ａｌ－１．５Ｍｎ（ＴＣ２）合金屬于中強(qiáng)鈦合，具有良好的可焊性，主要用作連接管路，該合金變形能力較差。

　　壓力加工成形較困難，增材制造技術(shù)無(wú)疑給該合金的制造增添了一縷曙光，激光熔化沉積退火態(tài)ＴＣ２鈦合金的室溫拉伸性能優(yōu)異，但其塑性存在明顯各向異性，后處理過(guò)程中，退火溫度升高增加試樣件強(qiáng)度，但不損失其韌性。

　　當(dāng)退火溫度為９５５℃時(shí)，經(jīng)空冷獲得的試樣件缺口沖擊韌度值最高，達(dá)到８８８ｋＪ／ｍ２，作者：胡 捷，廖文俊，丁柳柳，胡 陽(yáng) （上海電氣集團(tuán)股份有限公司中央研究院），今后的發(fā)展應(yīng)該更注重“政用產(chǎn)學(xué)研”五位一體化。

　　以市場(chǎng)為導(dǎo)向，先形成一系列金屬材料的增材制 造工藝方法及標(biāo)準(zhǔn)，在此基礎(chǔ)上，逐步解決關(guān)鍵問(wèn)題，降低成本，使金屬材料增材制造技術(shù)如同車床技術(shù)一般運(yùn)用到各行各，成為一項(xiàng)“親民”的技術(shù)。

　　Ｉｎｃｏｎｅｌ ７１８（對(duì)應(yīng)中國(guó)牌號(hào)ＧＨ４１６９），在７００℃具有高強(qiáng)度、良好的韌性和耐腐蝕性，常用于汽輪機(jī)和液體燃料火箭中的零部件，此類合金還具有良好的可焊性，無(wú)焊后開(kāi)裂傾向，所以特別適合用激光成形技術(shù)制造，國(guó)內(nèi)外眾多科研團(tuán)隊(duì)著力于Ｉｎｃｏｎｅｌ ７１８的成，它是所有鎳基合金中研究最為廣泛的。

　　在增材制造行業(yè)市場(chǎng)中，已被當(dāng)作典型材料用于加工服務(wù)，Ｉｎｃｏｎｅｌ ６２５和Ｉｎｃｏｎｅｌ ７３８是該，前者工作溫度可達(dá)６００℃，用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓段的壓氣機(jī)盤、鼓筒和葉片等零件，隨后在此基礎(chǔ)上又研制出Ｔｉ－５．８Ａｌ－４．０Ｓｎ，后者可在６００～６５０℃長(zhǎng)期使用。

　　蠕變性能非常優(yōu)異，適用于高溫下持久承力部件，Ｔｉ６０合金激光立體成形紅光組織呈現(xiàn)等軸晶結(jié)構(gòu)，為魏氏組織，需要雙重退火處理才能得到較好的力學(xué)性能，而激光熔化沉積Ｔｉ６ ０和Ｔｉ６０Ａ則表現(xiàn)出柱狀晶，但仍需經(jīng)雙重退火處理，此外。

　　西北有色金屬研究院采用電子束成形Ｔｉ６ ００合金，不同的ＥＢＭ工藝會(huì)導(dǎo)致成形件斷裂機(jī)制的不同，Ｔｉ－６Ａｌ－２．５Ｍｏ－２Ｃｒ－０．５Ｆｅ－０．，其材料成本昂貴，且難以進(jìn)行鍛造加工成形，經(jīng)普通退火處理的ＴＣ６鈦合金半成品能夠滿足飛機(jī)結(jié)構(gòu)。

　　利用激光立體成形工藝制備ＴＣ６鈦合金，沉積態(tài)和退火態(tài)構(gòu)件均能達(dá)到鍛件標(biāo)準(zhǔn)，Ｔｉ－５．５Ａｌ－４Ｓｎ－２Ｚｒ－１Ｍｏ－０．３Ｓ，分別由中國(guó)科學(xué)院金屬所和西北有色金屬研究院研制，Ｈ１３熱作模具鋼具有高硬度和較好的抗軟化性能，激光熔覆成形件的力學(xué)性能優(yōu)于同等硬度的鍛造Ｈ１３鋼，英國(guó)利茲聯(lián)大學(xué)Ｍ．Ｂａｄｒｏｓｓａｍａｙ等用Ｓ Ｌ，對(duì)比分析了粉末熔化過(guò)程中的影響因素。

　　此外，Ｐ２０、１８Ｎｉ３００和Ｉｎｖａｒ ３６等材料也已，在國(guó)產(chǎn)高溫合金牌號(hào)中，ＦＧＨ ９５是２０世紀(jì)８０年代初第一種定型研制的高，成分類似Ｒｅｎｅ ９５。

　　其激光立體成形件的室溫力學(xué)性能已十分接近粉末冶金的，另外，鑄態(tài)Ｋ４１８和定向凝固ＤＺ４０８合金成分材料被報(bào)道，選擇合適工藝參數(shù)后，均能獲得較好力學(xué)性能，早期的增材制造技術(shù)主要為原型制造，用于快速響應(yīng)產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)。

　　所用材料包括樹(shù)脂和塑料，隨著市場(chǎng)需求的不斷提高，增材制造技術(shù)不能僅僅滿足于外觀要求，還必須 逐漸向制造功能件方向轉(zhuǎn)變，由此關(guān)于金屬材料的研究便不曾間斷，在２０世紀(jì)９０年代中期，美國(guó)聯(lián)合技術(shù)研究中心（ＵＴＣ）與桑地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合。

　　該技術(shù)使用了Ｎｄ∶ＹＡＧ固體激光器和同步粉末輸送系，用于金屬零件的近形制造和局部修復(fù)，增材制造技術(shù)的最大特點(diǎn)在于能夠可受控地自由添加材料，要做到這一點(diǎn)需要先將所添材料變成流體狀態(tài)，金屬材料的熔化或氣化都需要很高的能量，所以一般選擇高能束粒子流作為熱源，例如激光束或電子束等，根據(jù)受熱程度的不同。

　　金屬材料可能發(fā)生全部熔化、部分熔化或者不熔化，對(duì)于純金屬而言，溫度高于熔點(diǎn)，材料即可發(fā)生完全熔化，對(duì)于多組元單一高熔點(diǎn)合金而言，材料熔凝過(guò)程存在一個(gè)固液共存區(qū)間，溫度需要略高于固相線溫度。

　　使材料發(fā)生非均勻熔化，隨后通過(guò)液相浸潤(rùn)晶界和熱量的擴(kuò)散，剩余固相便發(fā)生重排熔解，鋼是合金材料中最大的一個(gè)分支，鋼的成分、形態(tài)和制備工藝的多樣性造就了其在傳統(tǒng)制造，在增材制造技術(shù)發(fā)展史上，鋼也是被廣泛用于成形研究的重要材料，可細(xì)分為３大類：不銹鋼、高強(qiáng)鋼和模具鋼。

　　３０４和３ １６奧氏體不銹鋼粉末（及其低碳鋼種）是，如今已成為增材制造市場(chǎng)上典型的加工材料，在ＳＬＭ、ＬＥＮＳ、ＬＳＦ和ＥＢＭ等成形工藝中常采，當(dāng)材料是多組分的混合料時(shí)，由于各組分具有不同熔點(diǎn)，低熔點(diǎn)材料部分會(huì)優(yōu)先熔化，成為粘結(jié)劑。

　　而高熔點(diǎn)材料部分作為結(jié)構(gòu)材料，保留其固相核心，通常高熔點(diǎn)材料是金屬，低熔點(diǎn)材料是有機(jī)樹(shù)脂或者金屬，例如３Ｄｓｙｓｔｅｍ公司的ＲａｐｉｄＳｔｅｅｌ和Ｃ，這種被液相包裹、潤(rùn)濕從而粘結(jié)固相顆粒。

　　實(shí)現(xiàn)致密化的過(guò)程稱為液相燒結(jié)，常用工藝有金屬材料ＳＬＳ。

alloy 625國(guó)標(biāo)alloy 625抗氧化性能

　　三：應(yīng)用范圍應(yīng)用領(lǐng)域：常年現(xiàn)貨庫(kù)存 圓棒 板材 無(wú)，含氯化物的有機(jī)化學(xué)流程工藝的部件，尤其是在使用酸性氯化物催化劑的場(chǎng)合，用于制造紙漿和造紙工業(yè)的蒸煮器和漂白池，煙氣脫硫系統(tǒng)中的吸收塔、再加熱器、煙氣進(jìn)口擋板、風(fēng)，用于制造應(yīng)用于酸性氣體環(huán)境的設(shè)備和部件。

　　乙酸和乙酐反應(yīng)發(fā)生器，硫酸冷凝器，制藥設(shè)備，波紋管膨脹節(jié)等行業(yè)和產(chǎn)品，四：物理性能：3.1、 密度ρ=8.4g/cm33，五：概況 INCONEL 625是一種以鎳為主要成，源于鎳鉻合金中所含的鉬、鈮固溶體強(qiáng)化效應(yīng)。

　　在低溫至1093℃，具有超高強(qiáng)度、非凡的抗疲勞特性，被廣泛用于航空事業(yè)，雖然該合金是為適應(yīng)高溫環(huán)境的強(qiáng)度而設(shè)計(jì)，但該合金鉻、鉬的高含量對(duì)眾多腐蝕媒介。

　　從高度氧化環(huán)境到一般腐蝕環(huán)境，均具有高度抗蝕損斑、抗裂變腐蝕能力，表現(xiàn)出卓越的耐腐蝕特性，對(duì)氯化物污染的媒介如海水、地?zé)崴⒅行喳}以及鹽水，INCONEL 625也有超強(qiáng)的抗腐蝕作用。

　　一：牌號(hào)alloy 625 固溶強(qiáng)化型鎳基變形高溫，錳(Mn)≤0.50，鎳(Ni)≥bai58，硅(Si)≤0.50磷(P)≤0.015，硫(S)≤0.015。

　　鉻(Cr)20.0～23.0，鐵(Fe) ≤5.0，鋁(Al) ≤0.4，鈦(Ti) ≤0.4，鈮(Nb) 3.15～4.15，鈷(Co) ≤1.0，鉬(Mo)8.0～10.0。