氢处理-轧压复合对增材制造钛合金显微组织的调控机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51875274
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0508.成形制造
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The metallurgical structure of metal parts made by Laser Additive Manufacturing material is easy to form columnar crystal and coarse primary grain, which restricts its application on the bearing component. In this project, the idea of combining hydrogenation-rolling-dehydrogenation in laser melting deposition is proposed for titanium alloy, and the comprehensive properties of the component can be improved by the metallurgical regulation of the structure. The mechanism of hydrogen on the thermal-dynamic mechanism of element diffusion, grain nucleation and growth will be revealed by studying on the melting mechanism and metallurgical process of hydrogenated titanium powder. Investigating the influence of hydride formation and decomposition on nucleation, the experimental relationship between hydrogen content and nucleation density, grain intrinsic state (grain size D0, lamellar thickness d) will be constructed. The behavior and law of hydrogen induced high temperature plastic deformation of the deposition alloy in the unsteady state temperature field will be investigated, and the experiment of combining hydrogenation- rolling and laser melting deposition will be carried out. The mechanism of non spontaneous nucleation under the influence of multiple factors would be revealed. The thermal and dynamic conditions of the critical columnar to equiaxed transition (CET) would be determined, and based on this the transformation of CET process will be optimized and established. Finally obtaining the correlation between hydrogen content, rolling pressure, microstructure process and mechanical properties. The research results can provide theoretical basis and experimental basis for precise control of grain size and metallurgical microstructure in Laser Melting Deposition, and promote development of metallurgical theory of incremental manufacturing.
激光增材制造的金属零部件冶金组织易形成柱状晶及粗大初生晶粒,制约了其在承力构件上的应用。本项目提出钛合金置氢-轧压-除氢复合激光熔化沉积的思路,通过组织结构的冶金调控,进而实现构件综合性能提升。研究置氢钛合金粉末熔化机制及冶金过程,揭示氢对元素扩散、晶粒形核长大的热-动力学作用机理;研究氢化物形成与分解对形核质点的影响,阐明氢含量与形核密度、晶粒本征状态(晶粒大小D0,片层厚度d)间的对应关系;研究非稳态温度场内沉积态合金的氢致高温塑性变形行为及规律,开展置氢-轧压复合激光熔化沉积实验;研究复合工艺参数对组织形成、演变的影响及其控制机理,揭示多因素影响下非自发形核的机制,确定临界柱状晶/等轴晶转变(CET)的热-动力学条件,优化并建立CET转变工艺;最终获得氢含量-轧压量-组织-工艺-力学性能相关性;研究成果可为激光熔化沉积冶金组织精准控制提供理论基础和实验依据,促进增材制造冶金理论发展。

结项摘要

增材制造超常冶金环境及其循环沉积制造的显著特征导致成型后钛合金冶金组织柱状晶显著,项目基于氢在钛合金中的可逆合金化原理及其塑形变形细化晶粒的理论,提出了氢处理轧压复合实现组织细晶化的新方法新途径。通过气相充氢和氢化钛混合充氢的方式,系统研究了置氢对钛合金激光沉积成形过程熔池内冶金行为的影响,建立氢对单道沉积、搭接、循环沉积宏微观形貌的影响;通过系统微观组织分析揭示了氢对熔池内溶质元素扩散和凝固形核、晶粒长大的热力学动力学作用以及亚稳相转变机理。掌握了加热冷却过程氢化物生成与分解及其对形核质点的影响,构建了氢含量与晶粒本征状态、相组成间的实验关系,揭示了钛合金非平衡凝固过程氢对溶质扩散、凝固形核及亚稳相变机理的冶金调控机制,从凝固热力学动力学角度阐明了氢对熔池内冶金机制的影响。开展了置氢-变形复合增材工艺研究,通过打印、热塑性变形揭示了氢致沉积态组织热塑性变形机理,建立了含氢沉积态组织循环热处理的再结晶和柱状晶/等轴晶转变的临界条件;建立了置氢-变形对激光熔化沉积熔池内非自发形核质点影响机制,确立了柱状晶/等轴晶转变的关键因素,发展了适用于增材制造组织等轴化,细晶化的方法。项目成果未来有望为钛合金组织调控及拓展应用于航空航天领域钛合金关键承力结构中。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
激光增材制造钛合金冶金组织特征及其调控方法研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    稀有金属材料与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭艳华;戴国庆;孙中刚;陈小龙;常辉
  • 通讯作者:
    常辉
Microstructural evolution and high temperature resistance of functionally graded material Ti-6Al-4V/Inconel 718 coated by directed Chock for energy deposition-laser
定向能沉积激光涂层功能梯度材料Ti-6Al-4V/Inconel 718的微观结构演变及耐高温性能
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2020.156255
  • 发表时间:
    2020-12-25
  • 期刊:
    JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Ji, Shuwei;Sun, Zhonggang;Chang, Hui
  • 通讯作者:
    Chang, Hui
激光熔化沉积Ti6Al4V/Inconel625梯度耐高温涂层组织演变行为研究
  • DOI:
    10.3788/cjl201946.1102008
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    季霄;孙中刚;唱丽丽;常辉;邢飞
  • 通讯作者:
    邢飞
SLM激光单道扫描成型纯钨薄壁件的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    稀有金属材料与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    伍方;孙中刚;李邦怿;陈颢;郭圣达;朱玉斌
  • 通讯作者:
    朱玉斌
A study on the grain refinement mechanism of Ti-6Al-4V alloy produced by wire arc additive manufacturing using hydrogenation treatment processes
加氢处理工艺电弧增材制造Ti-6Al-4V合金晶粒细化机理研究
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2021.161634
  • 发表时间:
    2021-09-04
  • 期刊:
    JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Chen Xiaolong;Liang Zulei;Zhou Lian
  • 通讯作者:
    Zhou Lian

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孙中刚的其他基金

氢处理—剧烈变形—搅拌摩擦协同钛合金增材制造组织纳米化构筑及形成机理
  • 批准号:
    52261135539
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    105.00 万元
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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