丝材电弧增材制造技术研究现状及展望

丝材电弧增材制造技术因其成形速度快、成形件尺寸灵活等优点受到越来越多的关注,尤其是大尺寸、复杂形状构件的高效快速成形,丝材电弧增材制造有着其独特的优势。介绍了丝材电弧增材制造技术的工艺过程,从丝材电弧增材制造成形件的成形工艺及表面质量研究、成形件组织性能研究以及成形件残余应力研究三个方面综述国内外丝材电弧增材制造技术的研究现状,总结该技术现阶段在航空航天领域的应用情况,指出研究人员对丝材电弧增材制造技术的相关研究工作聚焦于工艺优化和过程控制两个方向,怎样才能通过熔滴的平稳过渡获得高质量的成形件,如何有效控制逐层堆积过程中晶粒及显微组织变化,以抑制零件内部不良组织的产生是需要继续研究的问题。     

激光熔丝增材制造过程的温度与组织演变研究

激光熔丝增材制造工艺参数对凝固组织特别是晶粒尺寸有重要影响,从而影响成形件的性能.基于有限元方法对激光熔丝增材316L不锈钢过程的热历史进行了仿真,研究了不同增材工艺对晶粒尺寸的影响.结果表明,模拟得到的熔池尺寸于与实际相吻合,在垂直于扫描方向和厚度方向均有能量传递.随着扫描速度的增加,成形过程的最高温度减小.单层组织的底部区域为胞状晶、中部区域为粗大的柱状树枝晶、顶部区域为细小的等轴晶,柱状树枝晶的一次枝晶间距随扫描速度的增加而减小.     

2Cr13不锈钢电弧增材制造成形件的组织和力学性能

选用准0.8 mm的2Cr13不锈钢焊丝为成形材料,在低碳钢基板上进行TIG电弧填丝增材制造成形,分析了不锈钢成形件的显微组织和力学性能。结果表明:电弧增材制造成形件满足2Cr13不锈钢的化学成分要求,组织主要为细小的针状马氏体,硬度分布均匀,综合力学性能良好,抗拉强度为651 MPa,伸长率为30%,冲击功为85.18 J。     

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。     

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。     

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.     

丝材直径对电弧增材制造ZL114A铝合金组织与性能的影响

与金属粉末增材制造技术相比,电弧+丝材增材制造技术在成形效率上有显著优势,但在大尺寸金属构件成形时,其成形效率仍有待提高。文中以直径1.6 mm的ZL114A铝合金丝材为原材料,分析了电弧增材制造成形合金的微观组织与性能,并与原材料直径1.2 mm的成形合金进行对比。研究发现,选用直径1.6 mm丝材为原材料,能够提高电弧增材制造ZL114A合金的成形效率,直接沉积态合金的微观组织具有较大二次枝晶臂间距。经过T6热处理后,成形合金中共晶硅颗粒充分球化,均匀分布在铝基体上,合金具有优异的力学性能。     

随弧激冷对电弧增材制造温度场及组织性能的影响

针对电弧增材制造过程中严重的热积累所导致的成形件成形质量差、尺寸精度低以及晶粒粗大等问题,提出通过随弧激冷电弧增材制造方法来改善电弧增材制造过程中的热积累.采用数值模拟与试验相结合的方法研究随弧激冷对电弧增材制造过程温度场的影响,分析施加冷源对成形件的成形质量以及组织性能的影响.结果表明,施加冷源能够有效改善电弧增材制造过程中的热积累,提高成形件的成形质量以及尺寸精度,优化成形件的显微组织以及力学性能.     

5356铝合金TIG电弧增材制造组织与力学性能

采用钨极惰性气体保护焊(TIG)电弧增材制造工艺制备5356铝合金成形件,并对成形件的组织和力学性能进行研究.结果表明,5356铝合金增材制造的相组成为α-Al基体和β(Al3Mg2)相;随沉积高度增加,沉积层显微组织由等轴晶向柱状晶转变,达到热平衡状态后趋于稳定,这是因为增材制造具有热积累效应;最顶层组织呈现树枝状,...     

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。     

电子束熔丝增材制造GH4169组织及力学性能研究

对电子束熔丝增材制造GH4169多道多层沉积试样块进行了研究,分析了电子束熔丝增材制造沉积块不同高度与不同成形方向的显微组织以及力学性能.结果表明,电子束熔丝增材制造的GH4169组织及力学性能存在明显的各向异性.成形试样的显微组织主要为γ相和共晶γ+Laves相以及碳化物相,枝晶间存在大量的Laves条带;不同成形方向上的组织有所差异,沿送丝方向(Ds)为等轴"十字形"γ枝晶,沉积高度方向(Dd)、水平方向(Dt)的典型组织为柱状晶.EDS结果显示,同一层有少量的Nb、Mo元素偏析.沿沉积高度方向显微硬度呈现逐渐上升趋势,水平方向硬度基本围绕某一值浮动.拉伸性能有明显的各向异性,沿着送丝方向(Ds)和水平方向(Dt)抗拉强度明显高于沉积高度方向(Dd),整体低于高温合金锻件室温拉伸强度.     

304不锈钢冷金属过渡电弧增材制造 组织及力学性能

开展了不同填充速度的不锈钢冷金属过渡电弧增材制造试验,实施了构件不同位置的拉伸试验并且分析了断口形貌,探讨了构件微观组织特征。结果表明,冷金属过渡电弧增材制造是一种可行的金属增材制造工艺;由于构件在垂直方向的微观组织不均匀,水平拉伸的屈服强度和抗拉强度均高于垂直拉伸;随着送丝速度增加,扫描的热输入增加,熔化区的二次枝晶间距变大,抗拉强度降低。     

4043铝合金激光熔丝增材制造工艺研究

送丝式增材制造方法具有节省材料、成本低、无粉末污染等优点,具有良好的发展前景。为了进行铝合金激光熔丝增材制造工艺方面的研究,试验以4043铝合金丝材为沉积材料,研究了激光功率、送丝速度及激光扫描速度对沉积单元成形形貌及成形尺寸的影响。结果表明:激光功率越大,沉积金属铺展得越均匀,沉积单元宽度越大。送丝速度和激光扫描速度主要影响丝材的沉积量。在增材制造过程中,送丝速度的增大会增加丝材的沉积量,激光扫描速度的增加会降低丝材的沉积量。     

薄壁中空环形件的电弧增材制造工艺分析

基于冷金属过渡技术,研究了全封闭薄壁中空环形件的电弧增材制造工艺.首先在单层单道熔敷层圆弧形截面轮廓的基础上推导了单道多层熔敷层的叠加数学模型;其次建立了可根据薄壁结构尺寸获取合理工艺参数的等体积电弧增材模型,最后通过试验数据验证了模型的可靠性.基于该模型,建立了工艺参数(送丝速度、电弧移动速度)与成形件尺寸之间的关系...     

激光选区增材制造420不锈钢件的组织及力学性能

增材制造是复杂制备的优势工艺，因此，对420不锈钢3D打印件的组织及性能进行研究，可为420不锈钢复杂件增材制造提供前期数据。采用激光选区增材制造制备420不锈钢件，采用光学显微镜、扫描电镜分析打印态及固溶处理态的组织，采用拉伸试验机测试力学性能。结果表明：420不锈钢具有良好的激光选区增材成形性能，其组织为典型的不锈钢打印组织；固溶热处理使组织发生变化，典型鱼鳞打印组织变得模糊；固溶处理的力学性能优于打印态。     

Er、Sc微合金化对WAAM Al-7Si-0.6Mg合金组织与性能的影响

通过金相显微镜、扫描电子显微镜、室温及高温拉伸试验研究了Er、Sc微合金化对电弧增材制造Al-7Si-0.6Mg成形合金组织及性能的影响。结果表明,Er的添加导致直接沉积态成形合金枝晶干变短、枝晶变细;Sc的添加导致直接沉积态成形合金α-Al枝晶尺寸变短,趋于等轴,经过T6热处理后,微观组织差异消除。Er、Sc的添加提高了200、250℃电弧增材制造Al-7Si-0.6Mg成形合金的高温性能稳定性,且Sc的效果优于Er。     

丝材电弧增材制造技术的研究现状与应用

丝材电弧增材制造技术适用于大尺寸形状较复杂构件的低成本、高效快速成形。从成形系统、成形几何形状及尺寸控制、成形件组织性能分析、成形件残余应力和气孔缺陷控制方面综述了国内外电弧增材制造技术的研究现状,并且介绍了其应用情况,最后对电弧增材制造技术的研究前景进行了展望。     

铝合金双丝VP-GTAW增材构件组织和性能

以Al-6.3Cu和Al-5Mg为填丝材料进行铝合金双丝VP-GTAW增材制造试验。结果表明,采用双丝VP-GTAW制备试样可提高成形效率,且成形稳定;通过调节2种丝材的送丝速度可以获得不同主要合金元素含量的Al-Cu-Mg合金,合金组织主要由柱状晶和等轴枝晶组成,且呈非均匀分布特征,调节主要合金元素含量可实现对铝合金试样性能的控制。原始状态下铝合金试样的显微硬度(HV)为900~1000 MPa,抗拉、屈服强度分别可达286和183 MPa,但塑性较差,仅为4.5%。     

丝材电弧增材制造技术研究现状与趋势

丝材电弧增材制造技术适于大尺寸且形状较复杂构件的低成本、高效快速成形,是与目前发展较成熟的激光增材制造方法优势互补的3D增材成形技术。文中综述了近几年国内外丝材电弧增材制造技术的研究现状,从控形控性角度分析了国内外相关研究机构的研究方向与技术优势。藉此指出,丝材电弧增材制造技术的相关研究工作仍主要聚焦于试验研究阶段,并未深人到成形机理的探究,该领域的研究工作应更深人、系统地从成形物理过程、熔池系统稳定性、组织演变规律和性能优化等角度,力求开展丝材电弧增材成形工艺及理论研究工作,推进该技术在现代制造业的应用。     

316L不锈钢SLM件与锻件的激光焊接头微观组织与性能

文中采用激光焊接技术连接316L不锈钢SLM成形件与锻件,进行工艺优化并对其接头微观组织与性能进行研究.结果 表明,该接头具有良好的激光焊接性能,无明显缺陷.激光焊接接头和SLM成形件的显微组织为柱状晶粒内的奥氏体基体中的胞状枝晶.与SLM成形件相比,接头表现出较粗的枝晶结构、较低的显微硬度、拉伸性能.该接头的力学性能...