电弧增材4043铝合金显微组织及力学性能分析

采用熔化极氩弧为热源,ER4043焊丝为增材材料,电弧增材成型4043铝合金板材。利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对其内部不同区域组织进行分析。使用电子万能试验机对其不同区域进行力学性能测试。结果表明:电弧增材成型4043铝合金板材内部组织为细小条状的Al-Si共晶呈一定方向性延伸分布于α固溶体内,且靠近增材成型顶部的Al-Si共晶分布相对于靠近成型基材的部位更加弥散;成型铝合金板材的力学性能呈现各向异性,平行于增材高度方向具有更好的力学性能,且靠近增材成型顶部的部位比靠近成型基材的部位具有更好的力学性能。     

AZ91镁合金TIG电弧增材微观组织与力学性能

为了探索AZ91镁合金在航空航天产品壳体和轻量化结构件等领域的应用,基于TIG增材制造工艺进行了镁合金增材试验,成功制备了一个单道多层薄壁样件,并对其微观组织和力学性能进行了分析.结果表明:镁合金增材样件的底部、中部和顶部区域的显微组织基本上都是等轴状细晶组织,晶内和晶界处有第二相β-Mg17Al12析出.样件各区域的...     

激光增材再制造IN939修复区显微组织与拉伸性能研究

目的 研究采用IN939粉材对镍基高温部件增材修复的可行性,获得增材修复区微观组织与性能分布规律,为燃机部件修复提供支持.方法 探索了IN939合金激光熔覆成形工艺,并进一步开展了IN939增材修复镍基合金梯形槽试验研究,分析了增材修复区显微组织结构与物相组成,研究了激光再制造过程组织变化对修复区显微硬度、拉伸性能的影响.结果 IN939激光修复区形貌良好,组织致密,无明显裂纹、气孔等缺陷.熔覆层主要存在γ奥氏体相和Laves相.IN939修复区由底部至顶部,冷却速率逐渐减小,导致一次枝晶间距逐渐增大,Laves相分布先增多后略有减小.修复区界面处的平均横向残余拉应力为346 MPa.修复区显微硬度由底部至顶部呈现先增大后略有减小的趋势,修复区的平均显微硬度强于基体.修复件的平均屈服强度为548 MPa,极限抗拉强度为959 MPa.激光修复件的拉伸断裂于基体上,显示出IN939合金与基体良好的冶金结合.结论 激光增材修复后,IN939镍基合金修复区的机械性能与结合性能良好,采用IN939粉材进行镍基高温合金的激光增材修复具备可行性.     

热处理对等离子弧增材制造Inconel 718合金组织与性能的影响

采用等离子弧增材制造的方法成形了Inconel 718合金,并采用标准热处理制度对其进行后处理,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析、透射电镜、显微硬度等表征方法,对比了热处理前后成形件的组织和力学性能。结果表明,成形试样组织为典型的自底部向顶部外延生长的柱状枝晶,枝晶间析出大量Laves相及少量MC碳化物;热处理后组织形态没有明显变化,但Laves相数量大大减少,残余Laves相尺寸减小,析出了γ″强化相,有效提高了试样的显微硬度。     

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.     

预热对激光沉积修复TA15钛合金形貌尺寸和组织的影响

采用感应加热装置实现激光沉积修复基材的预热,完成基材预热下的激光沉积修复试验,研究不同基材预热温度对试样形貌尺寸、显微组织及硬度的影响规律。结果表明:基材预热后的沉积试样表面更加平整,试样熔宽和熔高有所增大;随着预热温度的升高,沉积试样底部的柱状晶越粗壮、尺寸越短,顶部的枝晶数量越少,显微组织中片层α组织越粗大;且沉积试样显微硬度轻微降低。基材预热可明显改善沉积质量。     

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.     

预制坡口角度对激光增材再制造IN718合金组织与性能的影响

目的研究在激光增材再制造IN718合金过程中,不同预制坡口角度对其组织与性能的影响。方法利用激光增材再制造技术对不同预制凹槽进行逐层叠加修复,采用光学显微镜观察显微组织,采用扫描电镜观察断口形貌,采用维氏硬度计对再制造试样进行硬度测量,采用残余应力测试仪测量再制造后基体表面的残余应力,采用万能拉伸试验机进行拉伸力学性能测试。结果当预制坡口角度大于130°时,能得到无组织缺陷、成形质量良好的增材再制造试样;当预制坡口角度小于110°时,修复界面会出现熔合不良现象,且修复区内部会出现裂纹。预制大的坡口角度进行激光增材再制造试验能获得组织更加细密、硬度分布更为均匀的再制造层,且大的坡口角度能有效降低再制造试样基体的残余应力。增大坡口角度有助于提高再制造试样的塑性,随着坡口角度的减小,再制造试样的力学性能变差。结论在进行激光增材再制造试验时,不宜预制过小的坡口角度,应根据损伤情况预制坡口角度较大的凹槽,有助于增加再制造成形件的组织均匀性,提高其力学性能。     

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.     

激光熔敷后钒与钴基自熔性合金层组织及硬度的关系

通过光学显微镜、扫描电子显微镜和硬度测试等手段,研究了激光熔敷条件下铬钼钢表面熔敷层组织及硬度与钒含量的关系。研究表明:激光熔敷层不同位置的显微组织不相同,表层附近区域为均匀的等轴晶组织,心部为树枝状组织,而结合区域附近呈现出带状组织。加入少量钒元素后,激光熔敷层组织的组成相主要是共晶和碳化物。随着钒含量增加,熔敷层晶粒尺寸逐渐减小,熔敷层维氏硬度值逐渐提高。     

Ni+WC基粉末激光熔覆对柱塞组织和硬度的影响

采用Ni+WC基粉末激光熔覆对严重磨损的高压水除鳞机用柱塞表面进行修复,利用光学显微分析和扫描电子显微分析方法,对熔敷层、结合层和基体进行显微组织观察及能谱分析,并测定了不同区域的显微硬度.结果表明:国外试样的基体是铁素体和奥氏体组成的双相钢,过渡层为Ni25、熔覆层为Ni60+WC的试样,熔覆层的组织分布均匀,熔覆层有大量的WC质点分布,显微硬度值较高,峰值硬度为1000 HV.     

[例14]微等离子体电解氧化技术及在汽车零部件上的应用

激光成形修复ZL104合金的修复区组织由α-Al和α-Al+Si共晶组织构成,熔池底部组织由列状α-Al枝晶构成,中部和顶部组织由α-Al等轴晶和枝晶间α-Al+Si共晶组织构成,观察到的气泡多封存在熔池底部的α-Al列状枝晶层中。基体区组织由粗大的α-Al枝晶和α-Al+Si共晶构成,观察不到明显的热影响区。从修复区向基体区过渡,硬度值呈减小趋势。修复试样拉伸测试中,断裂均发生在铸件基体处,表明激光修复区的强度高于所修复的铸件材料。     

能束能场增材再制造技术的研究进展

针对再制造工程在发展和应用中面临的挑战和需求,阐述了增材再制造技术的概念,探讨了基于激光、电子束、电弧的熔敷成形技术以及电弧-激光复合熔敷、电弧-磁场复合熔敷、激光-磁场复合熔敷、双激光复合锻打成形等技术的特点及应用,重点分析了纵向磁场对电弧温度场以及旋转磁场对激光熔敷层组织的影响。结果表明：电弧熔敷成形过程引入纵向磁场,电弧中心温度降低,电弧对基体的热影响减小;激光熔敷成形铝基非晶材料过程加入旋转磁场,有利于非晶相的形成和组织缺陷的减少,熔敷层的耐蚀性和力学性能提高。最后指出能束能场增材再制造技术的发展趋势是向多能束能场及后处理复合、再制造全过程智能化和装备集成移动式方向发展。     

铜/钢MIG复合增材制造组织及性能研究

利用MIG复合增材制造方法在20 mm厚低碳钢上交替熔覆硅青铜与304不锈钢制备复合增材制造熔覆层,对3种不同增材制造路径制备的熔覆层成形质量进行了研究,揭示了不同熔覆层显微组织特点和硬度分布。研究结果表明,铜和钢熔覆层熔合线处均形成了良好的冶金结合,铜熔覆层会产生气孔,钢熔覆层中会形成铜向钢的渗透裂纹,铜层会向钢熔覆层塌陷。在铜熔覆层,钢会渗入铜中形成固溶体,该区域显微组织表现为球形的铁基固溶体弥散分布在铜基固溶体中;在钢熔覆层,底部钢呈细小的柱状晶沿垂直熔合线方向生长,并向顶部慢慢长大,当钢层作为最顶层熔覆层时,会形成等轴晶。铜熔覆层硬度在90～175 HV左右,随着进入铜层的钢含量增多而增大。304不锈钢熔覆层硬度在160～526 HV左右,而在钢熔覆层中临近铜熔覆层区域,由于Si元素的渗入,硬度会显著提高。     

18Ni300模具钢粉末3D打印工艺研究

采用单因素实验变量分析和正交试验极差分析等研究方法,研究了选区激光熔化3D打印过程中激光功率、扫描速度和扫描间距对18Ni300马氏体时效钢成形试样的相对密度和硬度影响规律,确定最优成形条件。同时对优化试样的显微组织和力学性能进行了研究。结果表明:优化试样其熔道和熔池搭接紧密,晶粒细小且形状规则,显微组织分布均匀,转变过渡良好,内部缺陷少,采用优化参数成形的拉伸试样的力学性能与未热处理的锻造18Ni300马氏体时效钢相当。     

激光选区熔化复合制造TC4钛合金组织性能研究

采用选区激光熔化技术(SLM)在锻造后的TC4合金基体上制备TC4钛合金增材/锻件复合成形件，并采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、显微维氏硬度计和拉伸试验机等试验设备，分析了不同SLM参数下TC4钛合金复合成形件微观组织及力学性能。结果表明：复合试样微观组织分为锻件基体区、结合区以及增材区三个区域。增材区与锻件区之间界线清晰，无未熔合、气孔、裂纹等缺陷。锻件区组织为等轴组织，增材区为相互交错的针状α′马氏体组织。性能试验结果表明：增材区和结合区抗拉强度及屈服强度均显著优于锻件；其中结合区强度最高，增材区次之。综合考虑强度和塑性，激光功率为280 W,扫描速率为1100 mm/s下得到的复合试样拉伸性能最好。     

不锈钢基体电弧增材制造低合金钢组织性能研究

通过电弧增材制造技术在304L不锈钢基体上堆敷低合金钢,实现不锈钢-低合金钢复合结构的制备,并对熔覆层的成形组织及硬度分布进行分析.通过组织分析发现,顶层为柱状晶,中间层区域由粗晶区和细晶区组成,熔覆层底部区域主要为等轴晶组织.在熔覆层与304L基体界面处生成凝固过渡层,由于元素扩散,靠近此过渡层的304L一侧在奥氏体...     

超声微锻Ti3Al熔覆层组织与性能的实验研究

目的 采用超声振动与微锻技术相结合的表面改性技术,在Ti-6Al-4V基体上获得组织优良、物理性能好的Ti3Al熔覆层。方法 搭建超声微锻装置,采用单因素实验研究超声振幅、加工温度、锻打力、锻打时间对熔覆层金相组织、晶粒以及显微硬度的影响规律。借助金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计对熔覆层的宏观形貌、微观组织及显微硬度进行分析和测试。结果 在超声微锻处理下,熔覆层组织与性能得到显著改善。熔覆层表面平整度与超声振幅呈正相关,随着超声振幅、锻打力的增大,粗大的树枝状α2相逐渐锻碎细化为大量的短棒状α2相和针状α2相以及少量的片层状α2相和等轴α2相,等轴晶的含量与分布范围增大,晶粒细化效果越来越明显。熔覆层各区域的显微硬度值均随着超声振幅、锻打时间的增加而有不同程度的提高。当超声振幅为7 μm时,熔覆层顶部、中部、底部的显微硬度分别提高了18.4%、22.8%、51.5%。当锻打时间为5 s时,熔覆层顶部、中部、底部的显微硬度分别提高了15.5%、15.8%、37.8%。熔覆层顶部显微硬度值随着锻打力的增大呈现出逐渐升高的趋势,显微硬度最高可达55.1HRC,其他区域的硬度呈现逐渐降低的趋势。结论 超声微锻能够有效改善熔覆层的宏观形貌以及内部组织,细化晶粒,选择合适的工艺参数可进一步提高其显微硬度值。因此,超声微锻可作为一种有效的熔覆层改性技术。     

选区激光熔化铝合金的组织和力学性能

通过选区激光熔化(SLM)工艺成型AlSi10Mg试样,研究其显微组织和力学性能。采用某公司生产的AFS-M260选区激光熔化成型机打印AlSi10Mg试样,综合使用显微硬度仪、光学显微镜、扫描电镜、XRD衍射仪进行分析,得出其显微硬度、组织形貌、元素分布和物相组成。由于SLM独特的成型方式而引起共晶结构定向生长,使得试样微观组织在横纵方向呈现各向异性,但相同截面上组织从熔池边界到内部呈现梯度结构,可分为3个区域:粗晶区、热影响区、细晶区,各区域横纵截面对应的α-Al基体尺寸、平均共晶Si宽度、共晶组织含量均呈现下降趋势。试样的硬度显著大于传统铸态试样,但横纵截面相差不大。SLM成型得到的AlSi10Mg试样硬度性能极其优良,成型组织细小,这主要与SLM成型的高冷却速率相关。     

高速动车组EA4T车轴激光增材修复研究

为验证激光增材修复技术在高速动车组车轴损伤修复应用中的可行性,在车轴基材上开展了激光修复工艺试验,重点研究激光功率和扫描速度对熔覆质量的影响,通过分析研究不同激光功率、扫描速度下所得试样的宏观熔覆形貌、宏观金相分析、显微硬度、金相组织等,筛选出较优的工艺参数,并进一步对熔覆试样的拉伸性能、冲击性能、应力腐蚀及疲劳试验等多项力学性能检测。结果表明,采用优化后的工艺参数在EA4T上激光熔覆IN625镍基粉末,其熔覆试样拉伸性能优于母材标准要求,冲击性能优于基材的冲击性能,疲劳寿命与基材相当,达到了车轴服役性能的要求,可用于后续高速动车组EA4T车轴上的修复。