316不锈钢低功率脉冲激光诱导TIG电弧增材制造组织研究

采用低功率脉冲激光诱导电弧复合热源熔化沉积316奥氏体不锈钢焊丝依次制备1～8层单道墙体,研究不同墙体层间组织和性能的影响规律并分析其机理,为高效能量节约型复合热源增材制造大型构件提供理论依据。结果表明,低功率脉冲激光诱导电弧可以增材制造出成形良好的墙体。墙体底层组织在后层热处理作用下,晶粒平均增大5μm,凝固模式为A模式,墙体中间层组织均由树枝晶构成,一次枝晶间距约为16μm。8层墙体4层以上凝固模式为FA。低功率脉冲激光诱导电弧8层增材墙体的显微硬度值整体呈先降低后缓升的趋势,硬度值在HV187～HV233之间变化,δ铁素体析出在晶界或晶内可起到强化作用。     

孕育剂SiC对Al-Zn-Mg-Cu合金GMAW电弧增材制造构件微观组织及力学性能的影响

Al-Zn-Mg-Cu合金以其高比强度、优良的导热性与耐腐蚀性常用于航空航天、汽车等领域，采用电弧增材制造并探索添加孕育剂的作用对于改善高强铝合金性能、促进其工程应用具有重要意义。本研究采用Al-Zn-Mg-Cu合金焊丝进行GMAW电弧增材制造，通过添加SiC颗粒改善构件微观组织及力学性能，并对比了微米级与纳米级SiC颗粒作用效果。结果表明，常规Al-Zn-Mg-Cu合金电弧增材沉积件微观组织有明显分层现象，随着沉积层数增加，热量累积，晶粒变得粗大且向着柱状晶的形态转化。而SiC的加入抑制了微观组织向柱状晶转变的趋势，使沉积件整体微观组织分布更加均匀，同时晶粒平均尺寸整体由94.57μm可细化至59.3μm,细化程度为37.29%,局部最高可细化44.26%。在力学性能上提高了Al-Zn-Mg-Cu合金电弧增材沉积件的硬度，由HV112提升至HV120,提升程度约7.14%,且硬度波动变化减小。另外，SiC颗粒的添加提高了Al-Zn-Mg-Cu合金电弧增材沉积件的强度与韧性。整体上看，与添加微米级SiC颗粒相比，添加纳米级SiC颗粒Al-Zn-Mg-Cu合金电弧增材制造得到的构件微观组...     

电弧增材与激光增材复合制造GH4099的显微组织与力学性能研究

结合电弧增材制造沉积率高、成本低和激光增材构件质量高的优势,提出了电弧增材与激光增材复合的制造技术,用于高效、高质量GH4099材料零件制造。通过在电弧增材基板上进行激光直接沉积实验,对比了两种增材制造工艺所得涂层的显微组织和力学性能;探究了两种增材构件界面处的显微组织与力学性能。结果表明:电弧增材与激光增材的显微组织均沿沉积方向外延生长,且激光增材GH4099的显微组织要细于电弧增材的。在两种增材构件的交界处,当激光增材沉积方向与电弧增材沉积方向平行时,整体构件显微组织具有同一生长方向;并得到相比于垂直于电弧增材沉积方向时更高的力学性能。     

铅合金熔滴冲击45钢冷基板与45钢表面熔池的对比试验

针对特殊装备领域传统钢/铅粘接结构中存在的粘接层易老化脱落、长期稳定性差的问题，提出一种熔滴沉积复合TIG焊(gas tungsten arc welding)电弧增材制造新工艺，用于制造钢/铅双金属结构。文中比较性地研究了铅合金熔滴冲击铺展45钢冷基板与45钢表面熔池后的凝固形貌，通过引入无量纲数研究了熔滴冲击速度、温度对熔滴铺展凝固形貌的影响规律，利用OM，LSCM，SEM，EDS，XRD以及显微硬度测试等方法与手段，分析了熔滴沉积复合TIG电弧增材制造钢/铅双金属试样的界面微观组织结构与显微硬度。结果表明，铅合金堆积层铺展因子随熔滴冲击速度的增加呈明显非线性增加；界面层金属间化合物主要为FeSb2和FeSn2，其厚度随电弧热输入的增加而增加；钢/铅界面处的显微硬度明显高于铅合金堆积层和45钢母材；界面层中心左侧的硬度值达到最大值，为785.3 HV，45钢一侧平均硬度为343.7 HV，铅合金一侧平均硬度为24.3 HV。     

镁合金电弧熔丝增材成形质量控制研究

针对镁合金CMT电弧增材制造表面成形质量控制难题,开展了AZ31镁合金电弧熔丝增材制造的沉积行为、成形特性研究,以及单道多层增材构件表面质量控制试验。结果表明:镁合金电弧增材制造的工艺参数优选范围较大,电流为120～160 A、沉积速度为10～12 mm/s时,沉积层宽度均匀一致,宽高比和接触角也较大;采用CMT工艺制备的镁合金单道多层增材试样力学性能无明显各向异性,抗拉强度为243 MPa,屈服强度为109 MPa,断后伸长率在23%左右,显微硬度平均值为57 HV。     

熔化极电弧增材制造18Ni马氏体钢组织和性能

采用熔化极电弧增材工艺制备了成形良好的18Ni马氏体钢单墙体,研究了增材构件热处理前、后的组织力学性能. 结果表明,增材构件的微观组织主要是柱状树枝晶,沉积态增材构件组织和力学性能存在局部差异:构件组织顶部为马氏体,硬度平均值为360 HV;中部和底部区域则为马氏体和奥氏体且中部硬度平均值为468 HV,略高于底部硬度平均值437 HV;构件纵向抗拉强度(1375 MPa)高出横向抗拉强度(1072 MPa)约28.3%,对应的断后伸长率分别为1.1%和0.8%. 对增材构件进行825 ℃保温1 h的固溶热处理后,析出相重新溶入奥氏体,构件组织转变为马氏体,硬度值下降(平均值为328 HV),变化波动小;纵向和横向抗拉强度相当,分别为1025 MPa和1034 MPa,断后伸长率分别为6%和14%.     

等离子弧增材低碳贝氏体钢组织与性能分析

采用等离子弧增材工艺制备了成形良好的贝氏体钢构件,研究了其力学性能和微观组织.结果表明,增材构件的微观组织主要由板条状贝氏体、粒状贝氏体和少量奥氏体组成.增材构件组织和力学性能存在局部差异：顶部组织晶粒比较粗大,主要由板条状贝氏体和奥氏体组成,显微硬度平均值约为365 HV;底部区域组织晶粒比较细小,多为粒状贝氏体,显微硬度平均值约为384 HV;构件整体平均冲击韧性为145 J/cm²,平均拉伸强度和断后伸长率分别可以达到955 MPa和11.7%,其中x方向的拉伸强度为945 MPa,略小于y方向的抗拉强度(963 MPa)和z方向的抗拉强度(958 MPa),说明构件抗拉强度不存在明显的各向异性,断口为韧性断裂.     

层间高速摩擦复合WAAM铝合金构件组织与力学性能

为提高丝材电弧增材制造(wire arc additive manufacturing,WAAM)构件性能,提出了一种电弧增材制造复合层间高速摩擦(wire arc additive manufacturing hybrid interlayer high speed friction,WAAM-HSF)的方法. 采用直径1.2 mm的4047铝硅焊丝,使用WAAM-HSF方法进行薄壁构件制造,对比研究了WAAM和WAAM-HSF对铝合金薄壁构件的微观结构和力学特性的影响. 结果表明,WAAM和WAAM-HSF构件的微观结构中存在着大量的柱状树枝晶. 与WAAM相比,WAAM-HSF构件的微观结构明显细化. 同时,不同工艺的晶粒分布趋势一致,即晶粒直径在两个薄壁中从顶部到底部逐渐减小. 在相同区域,WAAM构件的晶粒尺寸大于WAAM-HSF构件. 通过破坏外延结晶的生长,达到细化晶粒的目的. 与WAAM相比,WAAM-HSF构件的平均断后伸长率减小了5%;但WAAM-HSF构件的平均显微硬度和平均抗拉强度则分别提高了9.96 HV和17 MPa.     

埋弧增材厚壁构件的组织与力学性能

采用埋弧增材制造技术成功制造出了低碳钢厚壁构件,研究了厚壁构件的微观组织与力学性能.结果 表明:厚壁构件的显微组织主要由细小的等轴铁素体晶粒基体和少量位于晶界上的珠光体构成,局部存在少量由多边形铁索体组织形成的窄条状区域.厚壁构件在水平和垂直方向的维氏硬度分别为151.3 HV10和149.9 HV10,抗拉强度分别为...     

旁路耦合三丝间接电弧增材制造成形特性

采用旁路耦合三丝间接电弧焊( bypass coupling triple-wire gas indirect arc welding,BCTW-GIA焊)进行Q345低碳钢增材制造. 利用高速成像设备研究了旁路电流变化对电弧特性的影响,并观察了对应的焊缝成形特性. 结果表明,随着旁路电流的增加,间接电弧占比逐渐减少,而直接电弧占比逐渐增加,焊接热输入逐步提升,焊缝的接触角逐渐减小. 当旁路电流为155 A时,可在表面成形良好的前提下得到铺展性最优的单道焊缝. 采用此参数进行单道多层增材得到了直壁墙体,沉积速率高达13.3 kg/h. 该增材制造方法具有较高的熔敷效率和较低的热输入,有利于改善增材试样的显微组织,并提高试样的平均硬度. 试样底部、中部及顶部区域的平均硬度分别为 186.80,172.44,176.04 HV.     

碳钢双丝与单丝等离子弧增材制造成形及组织特征分析

针对传统丝材等离子弧增材制造碳钢效率低、质量高的特点,提出了一种"双填丝+压缩等离子弧"增材制造工艺,并采用该工艺增材制造了试样,对比分析了双填丝与单填丝增材制造试样的成形尺寸、显微组织特征和力学性能.结果表明,相对于单填丝等离子弧增材制造工艺,采用新型双填丝等离子弧增材制造工艺,在相同的工艺条件下,熔敷效率提高了0.97倍;平均晶粒尺寸由18.75 μm细化到13.47 μm;试样纵向拉伸抗拉强度提高了62.64 MPa,横向拉伸抗拉强度提高了67.52 MPa;试样有效层的平均显微维氏硬度由158.95 HV0.5增加到175.34 HV0.5.     

基于电弧的多能场复合增材制造技术研究现状

增材制造主要分为激光增材制造技术、电子束增材制造技术和电弧增材制造技术。相较于其他增材制造技术和传统加工方式,电弧增材制造技术具有成形速度快、成本低、材料利用率高,以及成形件化学成分均匀且性能优良等优势,被广泛应用于大型金属零件制造。电弧增材制造因具有多样化的应用方向,可以满足不同标准零部件的加工制造,已经逐步成为当下主流的零部件加工技术。主要介绍了单一热源(如钨极)气体保护增材制造技术、等离子弧增材制造技术、熔化极气体保护增材制造技术、冷金属过渡增材制造技术和多能场辅助电弧复合增材制造技术,包括磁场–电弧、激光–电弧和电场–电弧等复合增材制造技术等。从宏观形貌、微观组织和力学性能3个角度出发,分析了工艺参数或工艺自身特性对增材制造成形件宏观形貌的影响,讨论了成形件显微组织演变机制及其力学性能,同时提出了单一热源与多能场辅助电弧增材制造技术在现阶段存在的问题,并给出了建议。     

碳钢旁路热丝PAW增材制造成形及组织和性能调控

为了解决电弧增材制造过程中电弧热输入过大导致成形较差、晶粒粗大等问题,以H08Mn2Si碳钢为增材材料,进行了旁路热丝等离子弧(PAW)增材制造成形及组织优化. 首先在单层单道沉积试验中,研究了主/旁路电流比对熔敷成形和热输入的影响;然后进行多层单道沉积试验,分析了不同层间温度下碳钢的成形、微观组织以及硬度;最后对成形良好的增材样件进行了拉伸性能测试. 结果表明,当主/旁路电流比较小时,可以获得表面均匀光滑的熔覆层、母材稀释率可减小至10%;当控制层间温度为较低的温度100 ℃时,增材成形表面质量较好,试样中间稳定区域处的微观组织晶粒尺寸细小,珠光体占比增加,平均硬度最高可达到294 HV;拉伸试验表明其强度性能以及塑性性能在各方向上均匀一致,断裂形式为韧性断裂.     

Optimisation of interpass temperature and heat input for wire and arc additive manufacturing 5A06 aluminium alloy

Undulated surface appearance and inconsistent layer cross-sectional dimensions are two common types of appearance defects, which are formed owing to insufficient heat input and nonlinear time-varying thermal boundary condition of molten pool. Appropriate interpass temperature control and heat input regulations are effective ways to realise and maintain the consistent thermal boundary condition during bottom-up additive manufacturing process. Equivalent heat dissipation factor is used to synthetically characterise the variation of heat dissipation in process of additive manufacturing. Combing with Rosenthal's analytical solution, a theoretical model is developed to optimise interpass temperature and heat input for each layer deposition, so as to realise stable additive manufacturing. Finally a specification for the wire and arc additive manufacture procedure was designed according to the developed model which was verified effectively by manufacturing a wall part. It could also be a process design reference for other kinds of metal additive manufacturing.     

低碳钢电弧熔覆增材层摩擦磨损及抗腐蚀性能

目的 针对低碳钢零件的破损失效采用TIG焊电弧熔覆增材制造工艺,研究低碳钢电弧熔覆修复使其达到再制造零件性能要求的可行性,为实现TIG焊修复应用提供保证。方法 通过TIG焊熔覆在低碳钢坡口处,对熔覆接头的显微组织进行分析,并测试修复后的增材层表面硬度性能。使用Nanovea Tribometer摩擦磨损仪和NanoveaPS50表面轮廓仪,对基体和增材层进行摩擦性能测试,并表征摩擦磨损后的表面形貌,探究磨损机理。采用电化学工作站对基体和增材层的腐蚀性能进行分析。结果 修复后的增材层显微硬度（220.17HV）高于基体且其摩擦性能和腐蚀性能优于基体,随着磨损载荷的增加,增材层的摩擦系数逐渐降低,磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损。增材层表面组织均匀细小,在NaCl溶液中点蚀坑小且分散,增材层的腐蚀电流密度（1.8349×10-6 A/cm2）小于基体的腐蚀电流密度（6.5251×10-5 A/cm2）,增材层表面的抗腐蚀能力明显提高。结论 电弧熔覆低碳钢可满足低碳钢零部件现场电弧快速修复对再制造性能的要求,实现了低碳钢破损零部件的表面修复与强化。     

Effects of Solution Treatment Temperatures on Microstructure and Mechanical Properties of TIG–MIG Hybrid Arc Additive Manufactured 5356 Aluminum Alloy

A novel additive manufacturing method with TIG–MIG hybrid heat source was applied for fabricating 5356 aluminum alloy component. In this paper the microstructure evolution, mechanical properties and fracture morphologies of both as-deposited and heat-treated component were investigated, and how these were affected by different heat-treated temperature. The as-deposited microstructure showed dominant equiaxed grains with second phase, and the size of them is coarse in the bottom region, medium in the middle region and fine in the top region owing to different thermal cycling conditions. Compared with as-deposited microstructure, the size of grain becomes large and second phases gradually dissolve in the matrix as heat-treated temperature increase. Different microstructures determine the mechanical properties of component. Results show that average ultimate tensile strength enhances from 226 to 270 MPa and average microhardness increases from 64.2 to 75.3 HV0.1 but ductility decreases from 33 to 6.5% with heat-treated temperature increasing. For all components, the tensile properties are almost the same in the vertical direction (Z) and horizontal direction (Y) due to equiaxed grains, which exhibits isotropy, and the mechanisms of these are analyzed in detailed. In general, the results demonstrate that hybrid arc heat source has the potential to fabricate aluminum alloy component.