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.     

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。     

基于BC-MIG焊的铝/钢异种金属增材制造工艺

以2 mm厚Q235镀锌钢板为基板,直径1.2 mm的4043铝合金焊丝为增材材料,利用BC-MIG焊工艺进行增材试验,得到了成形美观,性能优良的T型材结构. 采用金相显微镜、显微硬度仪、万能拉伸试验机对接头的组织形貌、硬度分布、剪切性能进行研究,获得了沉积层的组织和力学性能的变化规律. 结果表明,沉积层最底部靠铝一侧和靠钢一侧分别形成细长针状和带状Fe/Al化合物,沉积层中部由向上生长的树枝晶组成,而在沉积层顶部的组织没有定向生长的趋势. 剪切试验表明,铝/钢异种金属T型材最大可承受2 108 N的剪切力,剪切角达到13.5°时,受力一侧堆焊层根部发生断裂,堆焊层上无明显裂纹.     

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.     

等离子弧异质异构增材制造构件的组织与力学性能分析

采用等离子弧增材系统实现了不锈钢/高强钢异质异构增材构件制备，等离子弧增材构件具有良好的沉积形貌及优异的力学性能.为揭示叠合方式对等离子弧异质增材构件的宏微观组织和力学性能特征影响，研究采用了体视显微镜、金相显微镜、拉伸及硬度等测试方法.结果表明，不锈钢/高强钢异质异构增材构件中存在两种过渡形式，即以奥氏体枝晶过渡和马氏体组织过渡.增材构件横截面硬度波动较大，主要是混合过渡区域的高合金元素导致的组织变化引起的.叠合方式的改变能够显著影响材料性能，在强度下降不多的情况下，提高材料的冲击韧性.     

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.     

CMT+P过程及后热处理对TC4钛合金增材构件组织和性能影响

采用CMT+P程序进行TC4钛合金焊丝电弧增材制造,针对增材过程中热积累造成的组织性能不均匀性,采用两种不同热处理工艺以期改善这种不均匀性,并提高增材构件性能. 结果表明,采用CMT+P进行增材制造可以获得成形良好的沉积零件,当送丝速度为6 m/min,焊枪行走速度为0.3 m/min时,其热输入为313 J/mm, 沉积零件显微组织从上至下不断粗大. 热处理后试样不同部位晶粒大小变得均匀,抵抗塑性变形的能力增强. 拉伸试验表明,在600℃,4 h热处理条件下,构件的抗拉强度最高,为1 124 MPa. 断口分析表明, 所有试样断裂方式均为韧性断裂.     

铝合金电弧增材制造成形工艺与性能研究

采用ER5356铝合金焊丝,在AA6061铝合金基板上进行TIG电弧增材制造成形试验,研究焊接电流和预热温度对增材制造成形的影响,分析增材制造成形件的显微组织,并测试其力学性能。结果表明:热输入对铝合金的增材制造成形影响较大,以熔宽作为成形件热输入量指标进行相应电流调节,可实现铝合金的增材制造成形。成形件与基板结合良好,结合处和沉积层层间均为柱状树枝晶,沉积层为等轴晶,顶层由于良好的散热环境,呈现出细小树枝晶向等轴晶转变趋势。成形件的硬度分布较为均匀,平均硬度为71.3 HV。成形件的屈服强度为112 MPa,抗拉强度为255 MPa,伸长率为28.3%,拉伸断裂为典型的韧性断裂。     

激光增材修复Ti60钛合金显微组织及力学性能

本文对整体叶盘材料Ti60钛合金进行激光增材修复,研究其显微组织及力学性能。结果表明,热影响区组织呈现由基体区双态组织向修复区网篮组织的过渡特征,平均宽度约为900 μm。修复区主要由贯穿多个沉积层的外延生长的柱状晶组成,柱状晶内为分布均匀的α相网篮组织。三个区域内均弥散分布着Ti3(Sn, Al)小平面相,尺寸相近,其形貌和含量却因制备工艺凝固速度的不同而差异明显。三个区域硬度相当。拉伸试样断口特征表明激光增材修复Ti60钛合金的断裂机制为混合型断裂,平均抗拉强度和屈服强度分别为992.4 MPa和916.6 MPa,优于Ti60钛合金锻件强度标准,断后伸长率和断面收缩率的平均值为8.5%和14.6%,与Ti60钛合金锻件标准相差不大,达到实际工程应用要求。     

微弧等离子增材制造NiCr合金的分子动力学数值模拟

微弧等离子增材制造NiCr合金快速凝固过程对增材制造的结构件微观组织结构性能具有重要影响. 采用分子动力学对微弧等离子增材制造NiCr合金构件生长过程中温度场变化及等轴晶生长过程进行模拟. 结果表明,冷却速率为3.38 K/ps和0.675 K/ps时,Ni-Cr体系呈现非晶凝固,0.077 5 K/ps冷却速率下,Ni-Cr体系自发形核长大,实现等轴晶凝固结晶过程,这为微弧等离子增材制造组织演变研究提供了理论支撑.     

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.     

正火温度对电弧增材制造Ti-6Al-4V组织与性能的影响

利用TIG电弧增材制造技术制备了TC4钛合金样件，并对样件进行了正火处理. 结果表明，经正火处理后的试样组织由α相和β相组成；在750 ~ 950 ℃范围内，随着正火温度的升高，针状初生α相变短变粗，并逐渐向网篮组织方向转变；在950 ~ 1 050 ℃温度范围内，随着温度的升高，部分初生α相聚合长大，并向着“伪等轴晶”方向转化，在1 050 ℃形成了“伪等轴晶”初生α相 + 细小针状初生α相 + 细小针状初生α相之间的α + β组织，针状初生α相随着温度的升高变短变细. 最佳条件(850 ℃/2 h/空冷)下y方向的抗拉强度900.4 MPa、屈服强度820.4 MPa、断后伸长率9.3%、断面收缩率27.4%，z方向的抗拉强度890.1 MPa、屈服强度790.1 MPa、断后伸长率10.8%、断面收缩率31.0%，其性能接近锻件标准要求；沉积态与正火处理态的硬度值变化不大；拉伸试样(y和z方向)断口形貌均布满韧窝，属于塑性断裂.     

高强Al-Mg合金钨极氩弧双丝增材制造工艺与组织性能

针对钨极氩弧增材制造铝合金构件效率低的不足,采用二根同质铝镁合金丝材同步送进同一熔池的增材制造方式,从而达到高效率高质量制造高强铝镁合金构件的目的.试验中分别采用单填丝和双填丝钨极氩弧工艺,分别制造了直壁体试样,对比试验研究了二种工艺增材制造试样在宏观尺寸、显微组织和力学性能上的差异.结果表明,在相同的工艺参数条件下,双填丝增材制造工艺熔敷速率是单填丝工艺的2.08倍,试样的晶粒明显更加细小;所制造试样的抗拉强度达到铸造7A52铝镁合金的71%,纵向抗拉强度相对单填丝提高了7%,纵向断后伸长率提高了5%.     

Fine equiaxed β grains and superior tensile property in Ti-6Al-4V alloy deposited by coaxial electron beam wire feeding additive manufacturing

Coarse columnar β grains result in anisotropic mechanical properties in Ti alloys deposited by additive manufacturing. This study reports that Ti-6Al-4V alloy fabricated by coaxial electron beam wire feeding additive manufacturing presents a weak anisotropy, high strength and ductility. The superior tensile property arises from a microstructure with fine equiaxed β grains (EGβ), discontinuous grain boundary α phase and short intragranular α lamellae. A large region of fine EGβ arises from a special combination of the temperature gradient and solidification rate, and attractive α morphology is caused by solid phase transformations during interpass thermal cycling and post heat treatments.     

退火工艺对增材制造TC18钛合金力学性能和组织的影响

采用显微组织观察和力学性能测试等方法研究了退火工艺参数对增材制造TC18钛合金力学性能和组织的影响。结果表明,增材制造TC18钛合金试块宏观形貌平整,表面没有裂纹等缺陷,表面呈均匀的银白色。试样经600 ℃退火保温2 h后的各项力学性能均满足GJB 2744A—2007指标要求,其规定塑性延伸强度为1036 MPa,抗拉强度为1084 MPa,断后伸长率为9.8%,断面收缩率为30%。增材制造TC18钛合金的组织为典型的柱状晶组织,粗大的β相柱状晶粒内为细长的针状α相及编织细密的α+β相板条组织;随着退火温度的升高,β相柱状晶内的针状α相逐渐粗化。     

固溶冷却方式对TB15钛合金组织和力学性能的影响

采用扫描电镜观察、拉伸和断裂韧性测试研究了不同固溶冷却方式下TB15钛合金经900 ℃×2 h固溶+530 ℃×8 h时效后的力学性能、断口形貌和显微组织。结果表明,固溶冷却方式对TB15钛合金强度和塑性的影响较大,对断裂韧性的影响较小。固溶后回充0.1 MPa氩气真空气冷时,合金的综合力学性能最好,抗拉强度为1391 MPa,伸长率为7.0%,断面收缩率为13.6%,断裂韧度为70.3 MPa·m^1/2。随着固溶冷却速率的增加,TB15钛合金的断裂韧度逐渐减小,但变化幅度不大。不同固溶冷却方式下,TB15钛合金经固溶时效后的次生α相数量、厚度及片层间距有所不同。与空冷相比,回充0.1 MPa氩气真空气冷的片层状次生α相数量增多,厚度略有增加,片层间距有所增大。     

Microstructure and mechanical properties of laser additive repaired Ti17 titanium alloy

Laser additive manufacturing technology with powder feeding was employed to repair wrought Ti17 titanium alloy with small surface defects. The microstructure, micro-hardness and room temperature tensile properties of laser additive repaired (LARed) specimen were investigated. The results show that, cellular substructures are observed in the laser deposited zone (LDZ), rather than the typical α laths morphology due to lack of enough subsequent thermal cycles. The cellular substructures lead to lower micro-hardness in the LDZ compared with the wrought substrate zone which consists of duplex microstructure. The tensile test results indicate that the tensile deformation process of the LARed specimen exhibits a characteristic of dramatic plastic strain heterogeneity and fracture in the laser repaired zone with a mixed dimple and cleavage mode. The tensile strength of the LARed specimen is slightly higher than that of the wrought specimen and the elongation of 11.7% is lower.     

双丝电弧增材制备Al-Mg-Zn-Cu-Sc铝合金工艺与组织性能

为改善Al-Zn-Mg-Cu铝合金电弧增材过程中出现的工艺和缺陷问题,利用双丝电弧增材技术,制备了Al-Mg-Zn-Cu-Sc合金. 根据电弧增材过程中的工艺以及成形情况,对该工艺中的送丝位置,送丝速度以及变极性频率等工艺参数进行分析. 通过工艺试验得到气孔含量较少和成型情况较好的参数并进行双丝电弧增材制造. 分析了不同扫描速度下的制备的Al-Mg-Zn-Cu-Sc合金组织以及力学性能,对微观组织和试样失效区域进行观察,确认了断裂类型和组织特点. 最终得到双丝电弧增材技术制备Al-Mg-Zn-Cu-Sc铝合金的工艺区间,明确了沉积态Al-Mg-Zn-Cu-Sc铝合金的基本组织特点.     

TC4厚壁管全位置PAW工艺及接头性能分析

介绍了一种适合TC4钛合金厚壁管的等离子弧焊接新工艺,通过对工艺参数分区控制和优化匹配,实现了钛合金管道全位置优质焊接.采用光学显微镜、扫描电镜以及显微维氏硬度仪分别对特征位置焊接接头的显微组织、断口形貌以及显微硬度进行表征.结果表明,特征位置接头焊缝区及热影响区显微组织均主要由网篮状α'相、针状α相以及粗大β相组成;接头拉伸性能良好,拉伸试样均断裂于母材处;冲击试样的断裂形式为韧性断裂;焊缝区及热影响区硬化区的硬度值高于母材.