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。     

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。     

不锈钢电弧增材制造成形

采用316L不锈钢在Q235A基板上进行TIG填丝增材制造成形试验,研究不锈钢增材制造成形工艺,分析不锈钢增材制造成形件的显微组织。结果表明:通过调整焊接电流、打印速度、送丝速度等工艺参数,可以实现不锈钢电弧增材制造成形,成形件具有致密度高、尺寸精度和表面质量较好等优点,其显微组织为柱状枝晶形态的奥氏体,顶部枝晶尺寸相对较小。     

电弧增材制造304L奥氏体不锈钢的显微组织和高温力学性能研究

研究了电弧增材制造304L不锈钢的显微组织和高温力学性能。电弧增材制造过程中每个熔覆层受到的热循环都不相同,上一层对下一层起到预热的作用,下一层对上一次起到热处理的作用。利用奥氏体不锈钢的凝固模式预测显微组织。通过XRD和光学显微镜分析实际显微组织。结果表明:预测显微组织与实际显微组织一致,为树枝状奥氏体和板条状、骨骼状铁素体。增材制造试样的下部显微硬度高于上部的。在成型构件的三个轴向取拉伸试样用于高温拉伸实验,得到z轴在550℃的屈服强度低于其他两个轴向,三个轴向其余的力学性能相似。     

CMT电弧特性对5A56铝合金增材制造构件组织与性能的影响

为了研究CMT电弧特性对铝合金增材制造构件组织与性能的影响,采用CMT、CMT-VP及CMT-P三种电弧形式分别对5A56铝合金进行电弧增材制造.通过高速摄像同步采集系统分析增材制造中的电弧形态及熔滴过渡过程进行跟踪,研究电弧特性对铝合金增材制造构件微观组织与力学性能的影响.试验结果表明:电弧特性对电弧行为和熔滴过渡都产生影响,CMT-VP电弧的EN阶段电弧形态发生变化,弧根上爬包裹熔滴,极区热量使焊丝熔化量增加;CMT-P中脉冲阶段电弧电压和电流都处于峰值且电流峰值较高,导致电弧力较大,熔滴过渡呈滴状,熔池振荡;在焊接电流与熔敷速度相同情况下电弧的线能量大小为CMT-P>CMT>CMT-VP,较低的热输入量使得CMT-VP电弧下薄壁试样的晶粒尺寸最小,组织分布较为均匀,且CMT-VP电弧下试样的力学性能更为优异,硬度均值最高,达到86.01 HV,横向与纵向抗拉强度均最大,分别为344.68?MPa和324.61?MPa,其延伸率分别为30.33％和21.04％.而CMT-P电弧的热输入最大,易形成粗晶组织,力学性能较差.     

SUS304奥氏体不锈钢TIG焊电弧增材制造工艺优化

为探索SUS304奥氏体不锈钢TIG焊电弧增材制造的最佳工艺窗口,采用不同沉积工艺参数对SUS304不锈钢进行单道多层墙体成形试验,试验通过改变电弧移动速度、送丝速度和层间冷却时间,研究其对墙体平均宽度和高度的影响,并考察墙体的金相显微组织和力学性能。结果表明,当热输入保持不变时,电弧移动速度和送丝速度相匹配,才能保证沉积过程的稳定;在保持热输入不变的情况下,随着电弧行走速度的增加,沉积层平均宽度从10.54 mm减小到7.5 mm,平均高度从6.75 mm减小到4.16 mm;随着送丝速度的增加,沉积层的平均宽度和高度均增加,其高度增加大约1 mm;随着层间冷却时间的增加,沉积层平均宽度明显增加,从层间冷却时间为2 min的10.54 mm增加到5 min的11.6 mm,高度变化不大,均在6.5 mm左右;沉积墙体的显微组织出现明显的方向性,主要由大量奥氏体和少量铁素体组成;相比于SUS304母材而言,x和z方向的抗拉强度均有所下降,约为母材的82.5%,且x方向的断后伸长率大于z方向。     

激光增材制造304不锈钢显微结构特征与性能研究

针对工业领域中大量304不锈钢关键零部件需要精密修复的问题,采用激光增材制造技术在304不锈钢基材表面制备304不锈钢零件,分析了其显微结构特征、物相结构、抗电化学腐蚀性能与力学性能。结果表明,激光增材制造304不锈钢主要由γ-(Fe,C)与马氏体C_(0.055)Fe_(1.945)组成,组织细小且致密,无气孔与裂纹;激光增材制造304不锈钢的抗电化学腐蚀性能优于传统制备304不锈钢;激光增材制造304不锈钢的屈服强度与抗拉强度约为传统制造304不锈钢的1.24倍与1.22倍;激光增材制造304不锈钢的伸长率相对传统制造304不锈钢提高了16.7%。     

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。     

钇含量对电弧增材制造2319铝合金组织与性能的影响

以不同钇含量的2319铝合金丝材为原材料,采用基于冷金属过渡的电弧增材制造工艺(wire arc addictive manufacturing,WAAM)制备2319铝合金,研究了钇含量对WAAM 2139铝合金的显微组织及力学性能的影响. 结果表明,添加Y元素可明显细化直接沉积态WAAM 2319铝合金的晶粒,细晶强化及第二相强化作用显著,间接影响了时效过程析出的二次析出相θ′的数量,同时,未对直接沉积态WAAM 2319铝合金中气孔缺陷的大小、分布产生显著影响. 随着钇含量的增加,合金凝固过程含钇化合物在晶粒交汇处偏析程度增大,使得合金成分过冷度减小,导致WAAM 2319铝合金的晶粒尺寸呈现先减小后增大的趋势,抗拉强度和屈服强度呈现出先上升后下降趋势,断后伸长率逐渐下降. 当钇含量为0.15%时,WAAM 2319铝合金表现出最优的力学性能,即抗拉强度484 MPa、屈服强度348 MPa和断后伸长率10.5%.     

超声振动对CMT电弧增材制造铝合金组织与性能的影响

为减少电弧增材制造铝合金中的气孔及粗大晶粒,采用超声振动辅助CMT电弧增材制造的方法堆焊4043铝合金薄壁件,研究了超声振幅对沉积态材料微观组织及力学性能的影响。研究发现,熔池内部枝晶在超声振动的作用下发生破碎,使得熔池内部液态金属形核率增大,细化晶粒,粗大柱状晶粒也在熔池振动搅拌下转变为细小等轴晶粒。与未使用超声振动辅助的试样相比,平均晶粒尺寸减少了22.5%。同时超声振动引起的空化及声流效应使得试样中气孔尺寸以及数量减小。但随着超声振幅的增加,熔池内部的能量逐渐加大,热输入的增加也使得晶粒发生粗化现象。过大的超声能量破坏了焊缝的结构完整性,导致焊缝内部出现孔洞。施加超声振动试样的抗拉强度较未施加时上升了8.2%~16.3%,且随着超声振幅的增大,抗拉强度及断后伸长率的各向异性逐渐减小。     

电弧功率对MIG电弧增材制造316L奥氏体不锈钢组织及力学性能的影响

采用大功率MIG电弧热源熔化沉积316L奥氏体不锈钢金属焊丝制备试样,研究电弧功率对成形试样组织、力学性能以及断裂行为的影响并分析其机理,为高效、低成本电弧增材制造大型金属构件提供技术基础和理论依据. 结果表明,大功率MIG电弧增材制造316L奥氏体不锈钢内部形成柱状晶并生成δ相和σ相呈蠕虫状分布在γ基体中. δ相分布在晶内和晶界起强化作用. 随着电弧功率从3 763 W增加8 400 W,316L试样晶粒尺寸变大,δ相含量减少而σ相含量增加,使得材料抗拉强度从578 MPa降低到533 MPa,屈服强度从310 MPa降低到235 MPa,断后伸长率从53%降低到44%,断面收缩率从67%下降到60%. 当电弧功率增加到8 400 W时,在晶界上形成较多的σ相,试样断裂模式由较低功率时的穿晶韧窝断裂转变为沿晶韧窝断裂.     

冷却速度对电弧增材制造TC4组织性能的影响

电弧增材制造(WAAM)技术兼具生产效率高和成本低的特点,但为保证其生产的零部件的综合性能,往往需要进行后续的热处理.文中采用WAAM技术制备了TC4试样,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、拉伸试验机及硬度仪研究了冷却速度(950℃/2 h/WC水冷、950℃/2 h/AC空冷、950℃/2 h/FC炉冷)对TC...     

不锈钢基板上CMT电弧增材制造铝青铜的组织及性能

本文研究了工艺参数对不锈钢表面增材制造铝青铜薄壁试样组织和性能的影响.结果表明:基材与熔敷层之间形成了一层Fe基固溶体层,附近熔敷层中离散分布Fe基固溶体粒子和FeAl3相;随着送丝速度的增大,Fe基固溶体层的厚度增大,粒子大小、数量及分布范围均增大.剪切时裂纹并未一直沿着结合界面层扩展,而主要是从熔敷层断裂;剪切强度...     

电弧增材制造耐磨钢的组织结构与摩擦学性能

研究了电弧增材制造耐磨钢的组织结构、力学性能和摩擦学性能。结果表明：电弧增材制造耐磨钢试样的外观形貌质量良好,未发现气孔、裂纹等缺陷,试样内部为良好的冶金结合,金相组织主要为马氏体;透射电镜结果显示,电弧增材制造耐磨钢试样的晶体结构为马氏体,试样中存在碳化物、夹杂物和位错;试样截面在纵向和横向显微硬度分布有较大波动,其截面纵向和横向的平均显微硬度分别为601和597 HV_0.5;试样的室温屈服强度为1112 MPa,抗拉强度为1259 MPa,室温下试样夏比冲击值的均值为4.2 J;电弧增材制造耐磨钢试样在载荷为5～25 N的摩擦磨损测试条件下的磨损率约为10^-6～10^-5 mm³·(N·m)^-1量级,摩擦因数为0.24～0.69,具有较好的耐磨性能。     

激光功率对SLM增材制造316不锈钢组织与性能的影响

利用不同激光功率的选择性激光熔化(SLM)增材制造技术制备了316不锈钢试样,利用光学显微镜、电子背散射衍射(EBSD)、维氏硬度计等分析了试样的晶体学特征和硬度。结果表明,随着激光功率的降低,试样析出相数量呈下降趋势,但输入能量低,熔池冷却速率高,枝晶的临界形核半径小,凝固时的形核率及形核数量高,有利于晶粒细化和等轴晶的生成,表现出高硬度。高激光功率下试样表现出高取向度的纤维织构,而低功率下表现出低取向度的立方织构。激光功率为320 W时,试样的主要织构为{110}<110>和{112}<111>;激光功率为290 W时,试样的主要织构为{112}<110>和{112}<111>;激光功率为260 W时,试样的主要织构为{001}<110>。     

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。     

电流对电弧增材制造AZ31镁合金成型与组织性能的影响

采用电弧增材制造工艺制备了AZ31镁合金,研究了80～120 A电流大小对电弧增材制造镁合金试样的成型性能,组织以及力学性能的影响。结果表明,电流大小对AZ31镁合金成型性能的影响较大,随着电流的增加成型试样的层厚逐步减小,成型的最大宽度增加。晶粒尺寸随电流大小的变化不大。电流的变化对力学性能影响很小,并且不同电流条件下试样的拉伸断口形貌相似。     

电弧增材制造GH3039组织和性能研究

镍基高温合金GH3039广泛地应用于航空发动机燃烧室等零部件。采用增材制造技术制备GH3039部件可以克服其加工性能差、材料利用率低等问题。本研究首次采用基于熔化极气体保护焊的电弧增材制造（GMAW-WAAM）技术制备了GH3039薄壁件。利用光学显微镜（OM）、显微硬度仪和拉伸试验分析了薄壁构件的组织和性能。结果表明,采用GMAW-WAAM制备的GH3039构件组织致密,无气孔或裂纹等缺陷。合金的显微组织主要由高度方向生长的粗大柱状晶和层间细小晶粒构成。沉积态合金具有较好的室温和高温性能：室温抗拉强度520~540MPa,断后延伸率36~40%; 800°C抗拉强度189MPa,断后延伸率35.4%。本研究验证了采用GMAW-WAAM技术制备GH3039部件的可行性。     

不同路径下316不锈钢电弧增材组织和性能

以316不锈钢为材料,探讨了平行往复、“十”字正交、插补堆积三种不同路径下TIG电弧增材试件微观组织及力学性能的差异. 结果表明,三组试件中部组织存在明显差异,平行往复试件树枝晶粗大发达,生长方向高度一致. “十”字正交试件树枝晶生长方向多,枝晶紊乱,层间过渡区域大. 插补堆积试件二次枝晶不发达,组织细密. 在显微硬度方面,三组试件的维氏硬度自底板至顶部呈现先减小后增大的趋势,平行往复试件显微硬度最大. 在拉伸性能方面,平行往复试件纵向抗拉强度最高,纵向受力时可采用该方式增材. 插补堆积试件横向抗拉强度最高,横向受力时可采用该方式增材. “十”字正交试件力学性能表现出各向同性,多向受力且对塑性要求较高时可采用该方式增材.     

MIG电弧增材制造6061铝合金的组织和性能

探索MIG电弧增材制造6061铝合金构件的工艺成形性,并对成形件不同区域的微观组织及力学性能开展研究.结果表明,当送丝速度/焊接速度的比值P在0.5 ~ 1之间,且送丝速度在5 ~ 7 m/min之间时,可获得良好焊道形貌;堆积焊道层与层之间交界处为结合层,其余区域为沉积层,结合层和沉积层呈现出沿堆积高度方向灰白色带依次交替的形貌,并都呈现出各种尺寸大小的气孔多发的状态;显微硬度和拉伸测试发现:沿着堆积方向硬度变化不大,结合层硬度低于沉积层,且硬度波动性更大;不同区域水平方向强度差异不大,堆积方向强度比水平方向略低,平均断后伸长率分别为18%和22.6%,两个方向拉伸断口皆以韧窝为主,属于韧性断裂.