航空材料增材制造技术

本书为“航空材料科学与工程丛书”之一，作者通过翔实的实验数据，重点揭示了铝合金、钛合金、高温合金等典型航空材料的增材制造工艺特性，并提供了丰富的金相图谱、微观组织表征及力学性能数据。内容包括：航空材料增材制造方法和原理、航空材料增材制造组织和断口、航空材料增材制造缺陷、铝硅合金增材制造、铝钪合金增材制造、钛合金增材制造、钛铝金属间化合物增材制造、不锈钢和高强钢增材制造、低热裂纹倾向镍基高温合金增材制造、高热裂纹倾向镍基高温合金增材制造、钴基合金增材制造、金属基复合材料增材制造、Nb-Si基超高温结构材料增材制造、双合金（梯度）材料增材制造。

目录
总序
前言
第1章 航空材料增材制造方法和原理 1
1.1 航空材料增材制造成形方法 3
1.1.1 激光选区熔化成形技术 3
1.1.2 激光直接能量沉积成形技术 5
1.1.3 电子束选区熔化成形技术 6
1.1.4 电子束熔丝成形技术 7
1.1.5 电弧熔丝成形技术 8
1.2 航空材料增材制造基本原理 10
1.2.1 快速凝固条件下的组织生长特征 10
1.2.2 快速凝固条件下的缺陷形成机制和特征 17
1.2.3 增材制造残余应力形成机理和控制 27
1.3 航空材料增材制造主要问题 29
参考文献 30
第2章 航空材料增材制造组织和断口 31
2.1 增材制造堆叠路径和宏观形貌 31
2.1.1 堆叠路径 31
2.1.2 堆叠形貌特征 33
2.2 增材制造组织形貌 38
2.2.1 组织接续生长特征 38
2.2.2 组织方形包围特征 44
2.2.3 组织对力学性能的影响 46
2.3 组织控制 55
2.3.1 组织生长控制 55
2.3.2 热处理调整组织 59
2.4 析出相特征 61
2.4.1 增材制造铝合金共晶Si形貌特征 62
2.4.2 增材制造钛合金α、β相形貌特征 63
2.4.3 增材制造镍基合金碳化物形貌特征 63
2.5 断口特征 66
2.5.1 “田垄”形貌断口 66
2.5.2 “方格”形貌断口 67
2.5.3 椭圆形断口 67
2.5.4 典型缺陷断口 69
2.6 小结 70
参考文献 70
第3章 航空材料增材制造缺陷 71
3.1 孔洞 71
3.1.1 孔洞的尺度和数量 71
3.1.2 气孔 75
3.2 未熔合 83
3.3 夹杂物 90
3.3.1 夹杂物引入途径和形态 90
3.3.2 夹杂物对力学性能的影响 92
3.4 裂纹 94
3.4.1 微裂纹 95
3.4.2 宏观裂纹 105
3.5 热等静压对缺陷的影响 113
3.5.1 热等静压闭合增材制造缺陷的效果 114
3.5.2 热等静压对力学性能的影响 117
3.6 小结 119
参考文献 119
第4章 铝硅合金增材制造 120
4.1 AlSi7Mg合金增材制造 120
4.1.1 AlSi7Mg合金增材制造工艺特性 120
4.1.2 激光选区熔化AlSi7Mg合金组织与缺陷 121
4.1.3 激光选区熔化AlSi7Mg合金物理性能 125
4.1.4 激光选区熔化AlSi7Mg合金力学性能 126
4.2 AlSi10Mg合金增材制造 128
4.2.1 激光选区熔化AlSi10Mg合金工艺特性 128
4.2.2 激光选区熔化AlSi10Mg合金组织与缺陷 131
4.2.3 激光选区熔化AlSi10Mg合金物理性能 142
4.2.4 激光选区熔化AlSi10Mg合金力学性能 143
4.3 发展趋势 148
参考文献 149
第5章 铝钪合金增材制造 150
5.1 增材制造Al-Mg-Sc合金 150
5.1.1 激光选区熔化Al-Mg-Sc合金的成形工艺及特点 151
5.1.2 激光选区熔化Al-Mg-Sc合金的组织与缺陷 154
5.1.3 激光选区熔化Al-Mg-Sc合金的力学性能 160
5.2 增材制造Al-Mn-Sc合金 164
5.2.1 激光选区熔化Al-Mn-Sc合金的成形工艺及特点 164
5.2.2 激光选区熔化Al-Mn-Sc合金的组织与缺陷 167
5.2.3 激光选区熔化成形Al-Mn-Sc合金的力学性能 176
5.3 发展趋势 181
参考文献 182
第6章 钛合金增材制造 183
6.1 TA15合金增材制造 184
6.1.1 激光选区熔化工艺参数对TA15合金沉积态组织与缺陷的影响 184
6.1.2 热处理对激光选区熔化TA15合金显微组织和力学性能的影响 194
6.2 TC4合金增材制造 199
6.2.1 激光选区熔化TC4合金组织和性能研究 200
6.2.2 激光直接能量沉积TC4合金组织和性能研究 212
6.3 TC11合金增材制造 216
6.3.1 电子束熔丝成形TC11合金显微组织演变 217
6.3.2 电子束熔丝成形TC11合金室温及500℃拉伸性能 220
6.3.3 电子束熔丝成形TC11合金拉伸断口形貌 222
6.4 TC17合金增材制造 224
6.4.1 电子束熔丝成形TC17合金显微组织演变 224
6.4.2 电子束熔丝成形TC17合金力学性能 229
6.4.3 电子束熔丝成形TC17合金断口分析 230
6.5 TB6合金增材制造 232
6.5.1 激光选区熔化TB6合金组织性能 233
6.5.2 激光直接能量沉积TB6合金组织性能 234
6.6 Ti150合金增材制造 236
6.6.1 激光选区熔化Ti150合金组织特征 236
6.6.2 激光选区熔化Ti150合金力学性能 238
6.6.3 激光选区熔化Ti150合金600℃抗氧化性能 240
6.6.4 激光选区熔化Ti150合金600℃热盐腐蚀性能 242
6.7 Ti60合金增材制造 243
6.7.1 电子束熔丝成形Ti60合金显微组织 244
6.7.2 电子束熔丝成形Ti60合金力学性能 247
6.8 发展趋势 250
参考文献 251
第7章 钛铝金属间化合物增材制造 252
7.1 TiAl-4822合金电子束选区熔化增材制造 252
7.1.1 EBSM增材制造工艺参数对TiAl-4822合金成形质量的影响 253
7.1.2 EBSM增材制造TiAl-4822合金微观组织和力学性能 256
7.2 TiAl-4822合金激光直接能量沉积增材制造 260
7.2.1 LDED增材制造工艺参数对TiAl-4822合金裂纹的影响 261
7.2.2 LDED增材制造TiAl-4822合金的微观组织和力学性能 266
7.3 TiAl-8合金电子束选区熔化增材制造 270
7.3.1 EBSM增材制造工艺参数对TiAl-8合金成形质量的影响 270
7.3.2 EBSM增材制造TiAl-8合金微观组织和力学性能 278
7.4 合金化的TiAl基合金激光直接能量沉积增材制造 280
7.5 总结 291
参考文献 291
第8章 不锈钢和高强钢增材制造 293
8.1 增材制造0Cr18Ni9奥氏体不锈钢 293
8.1.1 增材制造0Cr18Ni9组织与缺陷 294
8.1.2 增材制造0Cr18Ni9力学性能 297
8.2 增材制造0Cr16Ni5Mo1马氏体沉淀硬化不锈钢 298
8.2.1 增材制造0Cr16Ni5Mo1组织与缺陷 298
8.2.2 增材制造0Cr16Ni5Mo1力学性能 300
8.3 增材制造1Cr15Ni4Mo3N半奥氏体沉淀硬化不锈钢 304
8.3.1 增材制造1Cr15Ni4Mo3N组织与缺陷 304
8.3.2 增材制造1Cr15Ni4Mo3N力学性能 310
8.4 增材制造30CrMnSiA钢 312
8.4.1 增材制造30CrMnSiA组织与缺陷 312
8.4.2 增材制造30CrMnSiA力学性能 317
8.5 增材制造30CrMnSiNi2A超高强钢 319
8.5.1 增材制造30CrMnSiNi2A超高强钢组织缺陷 319
8.5.2 增材制造30CrMnSiNi2A超高强钢力学性能 323
8.6 增材制造300M钢 325
8.6.1 增材制造300M钢组织缺陷 325
8.6.2 增材制造300M钢力学性能 325
8.7 总结 326
参考文献 327
第9章 低热裂纹倾向镍基高温合金增材制造 328
9.1 GH4169合金增材制造 328
9.1.1 GH4169合金打印态组织与缺陷 329
9.1.2 GH4169合金打印态原位拉伸性能 332
9.1.3 GH4169合金热处理态组织与缺陷 337
9.1.4 GH4169合金热处理态原位拉伸性能 340
9.1.5 GH4169合金疲劳性能 346
9.2 GH3536合金增材制造 346
9.2.1 GH3536合金打印态组织与缺陷 347
9.2.2 GH3536合金打印态拉伸性能 350
9.2.3 GH3536合金热处理态组织与缺陷 355
9.2.4 GH3536合金热处理态拉伸性能 359
9.3 GH3625合金增材制造 364
9.3.1 GH3625合金激光选区熔化工艺 364
9.3.2 GH3625合金的力学性能 365
9.4 GH3230合金增材制造 366
9.4.1 GH3230合金缺陷 367
9.4.2 GH3230合金组织 368
9.4.3 GH3230合金力学性能 368
9.5 总结 369
参考文献 370
第10章 高热裂纹倾向镍基高温合金增材制造 371
10.1 激光选区熔化GTD222合金 371
10.1.1 激光选区熔化GTD222合金组织 372
10.1.2 激光选区熔化GTD222合金缺陷 372
10.1.3 激光选区熔化GTD222合金力学性能 374
10.2 激光选区熔化K439B合金 377
10.2.1 激光选区熔化K439B合金组织 377
10.2.2 激光选区熔化K439B合金缺陷 383
10.2.3 激光选区熔化K439B合金力学性能 384
10.3 激光选区熔化K477合金 391
10.3.1 激光选区熔化K477合金组织 391
10.3.2 激光选区熔化K477合金缺陷 391
10.3.3 激光选区熔化K477合金力学性能 393
10.4 总结 396
参考文献 397
第11章 钴基合金增材制造 398
11.1 GH5188合金增材制造工艺特性 398
11.2 GH5188合金增材制造缺陷 399
11.2.1 激光选区熔化GH5188合金典型缺陷 399
11.2.2 激光选区熔化GH5188合金裂纹形成机理 401
11.3 激光选区熔化GH5188合金显微组织 407
11.3.1 激光选区熔化GH5188合金沉积态组织 407
11.3.2 热等静压与热处理对激光选区熔化GH5188合金
显微组织的影响 409
11.4 激光选区熔化GH5188合金力学性能 411
11.5 总结 421
参考文献 421
第12章 金属基复合材料增材制造 422
12.1 铝基复合材料增材制造 422
12.1.1 增材制造BN颗粒增强Al基复合材料显微组织 423
12.1.2 增材制造BN颗粒增强Al基复合材料力学性能和摩擦磨损性能 427
12.2 镍基复合材料增材制造 431
12.2.1 增材制造TiC颗粒增强GH4169复合材料显微组织和力学性能 432
12.2.2 增材制造TiC颗粒增强GH3230复合材料显微组织和力学性能 437
12.3 增材制造钴基复合材料 441
12.3.1 增材制造NbC颗粒增强GH5188复合材料显微组织 441
12.3.2 增材制造NbC颗粒增强GH5188复合材料力学性能
和摩擦磨损性能 442
12.4 发展趋势 445
参考文献 446
第13章 Nb-Si基超高温结构材料增材制造 447
13.1 激光增材制造Nb-Si二元合金的显微组织及力学性能 448
13.1.1 激光增材制造Nb-16Si二元合金的显微组织及性能 448
13.1.2 激光增材制造Nb-xSi二元合金的显微组织及性能 460
13.2 激光增材制造Nb-Si-Ti三元合金的显微组织特征及性能 465
13.2.1 激光增材制造Nb-Si-Ti三元合金显微组织 466
13.2.2 激光增材制造Nb-Si-Ti三元合金力学性能 469
13.3 激光增材制造Nb-Si-Mo三元合金的显微组织特征及性能 471
13.3.1 激光增材制造Nb-Si-Mo三元合金的显微组织 471
13.3.2 激光增材制造Nb-Si-Mo三元合金力学性能 477
13.4 LMD定向凝固Nb-Si基合金的显微组织及性能 478
13.4.1 LMD定向凝固Nb-18Si-23Ti合金的显微组织 479
13.4.2 LMD定向凝固Nb-18Si-23Ti合金的力学性能 482
13.5 小结及展望 484
参考文献 485
第14章 双合金（梯度）材料增材制造 487
14.1 电子束熔丝增材制造TC19+IMI834双合金离心叶轮 487
14.1.1 电子束熔丝成形IMI834钛合金的组织及性能特征 488
14.1.2 TC19+IMI834异质钛合金增材制造组织及性能特征 493
14.1.3 增材制造TC19+IMI834叶轮 496
14.2 激光直接能量沉积GH4169+K477梯度合金的组织及性能特征 497
14.2.1 GH4169+K477梯度合金的制备方法 497
14.2.2 GH4169+K477梯度合金的微观组织与力学性能 498
14.3 激光直接能量沉积TiAl+Ti2AlNb双合金材料 507
14.3.1 热循环对TiAl+Ti2AlNb双合金梯度区固态相变行为的影响 508
14.3.2 TiAl+Ti2AlNb双合金的拉伸性能 516
14.4 展望 518
参考文献 519
关键词索引 520