铜/钢复合接头旁路热丝等离子弧增材特性分析

以旁路热丝等离子弧焊接方法为技术手段,选择304不锈钢和S201紫铜焊丝为增材材料,开展铜/钢复合接头电弧增材试验,研究增材顺序对异种金属增材成形的影响,对铜/钢复合接头的界面微观组织进行分析,并测试铜/钢复合接头的力学性能. 结果表明,采用先铜后钢的增材顺序,可有效防止铜/钢增材时的熔池塌陷问题,获得成形良好的铜/钢增材接头;由于泛铁现象的存在,铜/钢界面处的硬度和力学性能显著提高,复合接头的抗拉强度为256.8 MPa,断裂发生在铜侧,其断面收缩率为52.8%,断后伸长率为15.68%,断裂形式为韧性断裂.     

等离子弧增材制造双金属交织结构微观组织及力学性能

以18Ni高强钢和高氮奥氏体不锈钢为丝材,采用等离子弧增材制造高强钢-高氮钢双金属交织结构,通过对高强钢-高氮钢双金属交织结构的微观组织观察、显微硬度及抗拉强度等力学性能试验研究了双金属交织结构的组织转变特征及其与力学性能关系. 结果表明,在高氮钢区域显微组织主要为奥氏体等轴晶及树枝晶,高强钢区域为板条状马氏体. 高强钢区域硬度变化范围为480 ~ 500 HV;高氮钢区域硬度变化范围为310 ~ 320 HV. 拉伸试验结果表明,交织结构在x向抗拉强度均值为1 092 MPa,略低于y向抗拉强度1 189 MPa;x向断后伸长率均值为20.0%,与y向断后伸长率19.5%相差不大;断口呈暗灰色、明显纤维状,分布有大量的等轴韧窝,韧窝尺寸大而深,断口边缘存在明显剪切唇区,属于韧性断裂.     

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.     

异种钛合金协同送丝等离子增材制造试验

采用双丝协同等离子增材系统实现了TC4-TA2异种钛合金的增材成形,期望制备的增材构件具有良好的沉积形貌及优异的力学性能. 采用了体视显微镜、扫描电镜、EDS、XRD、拉伸及硬度等测试方法分析其组织及性能. 结果表明,增材构件中存在两种微观组织形态,即分布在沉积层交界处的α相集束组织和分布在沉积层中心的α + β相片层组织. 构件在竖直和水平方向上的抗拉强度分别为998和1 037 MPa,断后伸长率为9.2%和5.7%,断裂呈现为脆性解理断裂. 试验结果证明,等离子增材制造技术能够实现异种钛合金协同增材成形.     

不锈钢旁路热丝等离子弧增材制造接头特性分析

以旁路热丝等离子弧增材方法为技术手段,开展304不锈钢电弧增材制造工艺试验,分析了工艺参数对增材成形的影响,并对沉积层的组织特征与力学性能进行了研究.结果表明,随着热丝电流的增加,流经工件的电流随之降低,电弧增材的沉积效率大幅提高,材料在反复快速加热后,得到充分的淬水和回火,沉积层内部存在大量奥氏体组织,接头硬度有所提高.拉伸试验结果表明,沉积态材料的平均抗拉强度为537.2 MPa,断面收缩率为59.4%,断后伸长率为33.8%,断裂形式为韧性断裂,可满足不锈钢增材制造的质量要求.     

等离子弧增材交织结构的组织与力学性能

采用等离子弧增材贝氏体钢-316L不锈钢异种金属交织构件，该结构件整体无缺陷，成形良好，有良好的综合力学性能，突破了传统材料的“强-韧”性矛盾。通过显微组织观察和力学性能测试，研究了交织金属不同成分比例对交织结构力学性能的影响。结果表明，结构件在贝氏体钢区域的组织为板条状贝氏体和残余奥氏体，不锈钢区域主要为奥氏体和铁素体，交织部分存在重熔区，重熔区晶粒细小，其中贝氏体钢部分组织为粒状贝氏体和薄膜状的残余奥氏体，不锈钢部分组织主要为等轴晶。拉伸和冲击试验表明，随着不锈钢含量的增加，结构件的抗拉强度下降，其冲击性能上升，当不锈钢含量比较低时，其抗拉强度达到1 200 MPa以上，断后伸长率为9.5%，平均冲击吸收能量为159.25 J/cm2，具有良好的强韧性，冲击断口为韧性断裂。     

321不锈钢电弧增材制造构件组织与性能研究

采用3种不同工艺进行321不锈钢电弧增材制造构件打印,借助金相显微镜、扫描电子显微镜研究了焊接速度对电弧增材制造构件组织和力学性能的影响。结果表明:合适的电弧增材制造工艺参数能够保证单道沉积层中无气孔、未熔合及裂纹等缺陷。电弧增材制造321不锈钢的显微组织为奥氏体+δ-铁素体,δ-铁素体呈条状、链状以及岛状分布在奥氏体晶内和晶界处,随着焊接速度的提高,δ-铁素体的数量增加,成形构件的强度先提高后降低,-40℃冲击韧性先降低后提高,其断裂特征为韧性断裂。     

旁路等离子在航天用轴结构增材修复中的应用

以φ1.2 mm直径的H08Mn2Si焊丝为试验材料,采用旁路热丝等离子弧方法进行电弧增材制造工艺试验,对航天用轴结构件进行增材修复,获得了较好的成形效果。研究了层间温度对增材组织性能的影响规律。同时,利用光学显微镜、拉伸试验机和硬度分析仪等对修复接头的微观组织和力学性能进行了研究。结果发现,随着增材过程中层间温度的增大,熔池的冷却时间逐渐缩短,晶粒二次长大越来越明显,晶粒也越来越相对粗大,同时珠光体的含量也随之减小,靠近增材区的组织为细小的珠光体组织,而热影响区的组织明显粗大。另外,增材组织的硬度也随着层间温度的增加而增加。修复后材料的拉伸强度和硬度均高于母材,满足结构件的使用要求。     

旁路等离子在航天用轴结构增材修复中的应用

以φ1.2 mm直径的H08Mn2Si焊丝为试验材料,采用旁路热丝等离子弧方法进行电弧增材制造工艺试验,对航天用轴结构件进行增材修复,获得了较好的成形效果。研究了层间温度对增材组织性能的影响规律。同时,利用光学显微镜、拉伸试验机和硬度分析仪等对修复接头的微观组织和力学性能进行了研究。结果发现,随着增材过程中层间温度的增大,熔池的冷却时间逐渐缩短,晶粒二次长大越来越明显,晶粒也越来越相对粗大,同时珠光体的含量也随之减小,靠近增材区的组织为细小的珠光体组织,而热影响区的组织明显粗大。另外,增材组织的硬度也随着层间温度的增加而增加。修复后材料的拉伸强度和硬度均高于母材,满足结构件的使用要求。     

电弧增材制造技术在材料制备中的研究现状及挑战

增材制造技术可直接低成本一体化制造复杂构件,成为最具潜力的材料加工技术。针对大尺寸复杂构件的低成本、高效快速近净成形,基于堆焊技术发展起来的电弧增材制造技术(WAAM)成为最合适的方法。综述了近年来国内外学者关于电弧增材制造技术在不同材料成形工艺参数及力学性能方面的成果,分析了工艺参数对不锈钢、铝合金和钛合金三种常见材料组织与性能影响规律,对未来电弧增材制造技术的发展方向进行了展望。     

Microstructure and Mechanical Properties of B-Bearing Austenitic Stainless Steel Fabricated by Laser Metal Deposition In-Situ Alloying

In the field repair application of laser metal deposition (LMD), the kinds of powder materials that can be used are limited, while the equipment components are made of various materials. Hence many components have to be repaired with heterogeneous materials. However, it is difficult to match the mechanical properties between the repaired layer and the substrate due to the different materials. Based on the high flexibility of raw materials and processes in LMD, an in-situ alloying method is proposed herein for tailoring the mechanical properties of LMDed alloy. Using different mixing ratios of Fe314 and 316L stainless steel powders as the control parameter, the microstructure and mechanical properties of B-bearing austenitic stainless steel fabricated by LMD in-situ alloying with different proportions of Fe314 and 316L particles were studied. With the increase in the concentration of 316L steel, the volume fraction of the eutectic phase in deposited B-bearing austenitic stainless steel reduced, the size of the austenite dendrite increased, the yield strength and ultimate tensile strength decreased monotonically, while the elongation increased monotonically. Moreover, the fracture mode changed from quasi-cleavage fracture to ductile fracture. By adding 316L powder, the yield strength, tensile strength, and elongation of deposited B-bearing austenitic stainless steel could be adjusted within the range of 712 MPa-257 MPa, 1325 MPa-509 MPa, and 8.7%-59.3%, respectively. Therefore, this work provides a new method and idea for solving the performance matching problem of equipment components in the field repair.     

药芯焊丝CO2焊在复合钢制压力容器中的应用

介绍了用药焊丝CO2焊焊接16MnR/SUS321不锈钢合钢板压力容器的焊接工艺试验及焊接工艺评定，通过检查焊缝的化学成分，硬度，金相组织，测定接头的力学性能，晶间腐蚀试验等，证明药芯焊丝CO2焊用于不锈复合钢压力容器制造是可行的，对不锈复合压力容器的焊接要点进行了简要说明。     

Microstructure and Mechanical Properties of Plasma Arc Brazed AISI 304L Stainless Steel and Galvanized Steel Plates

Plasma arc brazing is used to join the AISI 304L stainless steel and galvanized steel plate butt joints with the CuSi3Mn1 filler wire. The effect of parameters on weld surface appearance, interfacial microstructure, and composition distribution in the joint was studied. The microhardness and mechanical tests were conducted to determine the mechanical properties of the welded specimens. The results indicated that good appearance, bead shape, and sufficient metallurgical bonding could be obtained when the brazing process was performed with a wire feeding speed of 0.8 m/min, plasma gas flow rate of 3.0 l/min, welding current of 100 A, and welding speed of 27 cm/min. During plasma arc brazing process, the top corner of the stainless steel and galvanized steel plate were heated and melted, and the melted quantity of stainless steel was much more than that of the galvanized steel due to the thermal conductivity coefficient difference between the dissimilar materials. The microhardness test results shows that the microhardness value gradually increased from the side of the galvanized steel to the stainless steel in the joint, and it is good for improving the mechanical properties of joint. The tensile strength was a little higher than that of the brazing filler, and the fracture position of weld joint was at the base metal of galvanized steel plate.     

回火温度对高氮不锈轴承钢组织与力学性能的影响

对退火态高氮不锈轴承钢进行真空高压气淬并深冷后在不同温度下回火空冷处理,采用光学显微镜、X射线衍射仪、场发射环境扫描电镜、场发射透射电镜、洛氏硬度计和万能材料试验机,研究并分析了不同回火温度对高氮不锈轴承钢显微组织与力学性能的影响。结果表明:当回火温度由180 ℃升高到550 ℃时,硬度、抗拉强度及屈服强度呈现先下降后上升再迅速下降的变化趋势;试验钢降碳增氮,组织中没有粗大的共晶碳化物存在。当回火温度为500 ℃时,基体组织为回火索氏体,碳化物M₂₃C₆和氮化物Cr₂N细小弥散均匀分布于基体上;在500 ℃回火时出现了二次硬化,强度和硬度达到峰值,这与碳氮化物弥散强化有关。采用1050 ℃真空气淬60 min+深冷处理(-100 ℃×2 h)+500 ℃空冷2 h回火工艺可以获得良好的综合力学性能。     

等离子弧焊Q345B和430不锈钢异种接头的微观组织与性能

摘要： 采用等离子弧焊对3 mm厚的Q345低合金钢与430不锈钢进行异种钢焊接,并对接头微观组织、力学性能及耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,当转弧电流为100 A时,等离子弧焊Q345B/430异种钢接头的焊缝组织为均匀分布的马氏体及针状铁素体,焊接接头综合性能优良。随着电流的增大,焊缝组织转变为粗大板条马氏体及铁素体。两侧热影响区组织均发生一定程度的粗化,且Q345B侧热影响区出现魏氏组织。焊接接头于焊缝处显微硬度最大,不同转弧电流条件下异种钢显微硬度分布趋势大致相同。不同转弧电流下,焊接接头抗拉强度均与430不锈钢相近,且均断裂在靠近焊缝的430母材侧,转弧电流为100 A时接头抗拉强度最大值427 MPa。焊接接头的耐腐蚀性能与焊接电流呈负相关趋势。 创新点： 试验结果为铁素体低合金钢与铁素体不锈钢异种钢接头的应用提供了工艺数据与支撑。     

低温低压等离子弧辅助离子渗316L不锈钢的耐磨耐蚀性能

目的提高316L不锈钢的硬度、耐磨性。方法在400℃、2 Pa下,利用空心阴极直流弧辅助,进行了316L奥氏体不锈钢离子渗氮(PN)、离子氮碳共渗(PNC)及离子氮碳共渗加离子渗氮复合(PNC+PN)处理。针对处理后的样品,用莱卡显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度仪、3D形貌仪、球盘式摩擦磨损仪及电化学工作站等对组织、形貌、物相、机械性能及耐蚀性能进行表征。采用显微硬度计、微纳米综合力学系统测试分析处理后样品的力学性能。结果在空心阴极直流弧辅助下,三种工艺可获得超过3 mm/h的渗层生长速度。同316L不锈钢基体相比,PNC+PN复合处理样品的表面硬度提高3倍以上,在3.5%Na Cl中性电解质中的耐蚀电流密度降低约50%。结论 PNC处理和PNC+PN复合处理可获得更大的渗层厚度和更高的表面硬度,渗层中C、N含量越高,渗层组成相的晶格参数越大,渗层中产生的滑移带密度越大。低温低压等离子弧辅助离子渗不仅能有效提高316L不锈钢的表面硬度,还能提高不锈钢的耐蚀能力。     

304L/SA516Gr70不锈钢复合板焊接接头的组织与性能分析

针对304L/SA516Gr70不锈钢复合板,采用钨极氩弧焊方法并选用ER309L焊丝焊接覆层和过渡层,选用E5015焊条电弧焊焊接基层.对焊接接头进行拉伸强度等力学性能测试,结果表明,拉伸试样断裂于母材,焊接接头的抗拉强度达573.4 MPa,断口呈明显的韧性断裂;观察接头金相组织表明,过渡层焊缝组织为黑色的蠕虫状和...     

不锈钢与耐候钢MIG电弧钎焊工艺

采用手工MIG电弧钎焊工艺对SUS304不锈钢与Q355GNHD耐候钢薄板对接接头进行工艺试验,按照相关技术标准进行焊接工艺评定。结果表明,MIG电弧钎焊工艺能够成功用于SUS304不锈钢和Q355GNHD耐候钢薄板对接接头的钎焊,焊缝成形质量良好,经X射线探伤无缺陷;接头的抗拉强度平均值为339.58 MPa,接头强度系数为78.97%。采用光学显微镜观察SUS304不锈钢与铜基钎料间产生的渗透裂纹,讨论渗透裂纹的产生机理。     

20/0Cr18Ni9复合管手工电弧焊工艺研究

研究了薄不锈钢内衬20／0Cr18Ni9复合管的焊接工艺和焊接接头性能。通过光学金相、能谱（EDS）成分及线扫描、扫描电镜（SEM）以及力学性能试验等分析方法对焊接接头进行了分析研究，结果表明：采用手弧焊和超低碳CHS062奥氏体不锈钢焊条焊接20／0Cr18Ni9复合管的过渡层焊缝，能保证复合管使用过程中对焊接接头强度和抗腐蚀性能的要求。