增材制造镁合金技术现状与研究进展

镁合金具有轻质、比强度高、阻尼减振、生物相容性好、体内可降解等优点,在航空航天、汽车轻量化、生物医疗等领域应用潜力巨大。然而传统的镁合金铸造成形和变形加工技术在制备一体化复杂结构件上具有一定的局限性,制约了镁合金在上述领域的应用普及。增材制造是一种根据三维模型数据逐层熔化沉积的先进技术,有望成为镁合金复杂构件制备的重要技术途径。本文概述了近年来增材制造镁合金的研究进展,重点对选区激光熔化(SLM)和电弧增材制造(WAAM) 2种主要增材制造的工艺研发现状和影响因素、微观组织、力学性能及耐蚀行为进行分析与总结。研究表明,工艺优化后SLM和WAAM等技术均可获得致密度> 99%的镁合金试件,并且能够获得与传统制造镁合金相当的力学性能和耐蚀性能,增材制造镁合金表现出极大的工程应用潜力。最后,从材料优化、工艺改进及性能评价等方面对增材制造在镁合金中的未来发展趋势与研究方向进行了总结与展望。     

多系列铝合金电弧增材制造技术研究进展

电弧增材制造技术适用于铝合金大型复杂构件的一体化成形制造,当前国内外学者已针对不同系列的铝合金进行了大量研究。梳理了近年来铝合金电弧增材制造技术的相关研究,总结了针对Al-Cu、Al-Mg、Al-Si、Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si和Al-Zn-Mg-Cu多个系列铝合金的电弧增材研究进展,包括各系列铝合金的组织性能特点、成形效果等方面的研究成果。介绍了铝合金电弧增材制造中常见的组织缺陷,如电弧增材铝合金组织中的孔洞、热裂纹等,以及采用合适的工艺参数和合金设计等解决办法。通过对不同系列铝合金的增材现状和组织缺陷的分析,为铝合金电弧增材制造技术的进一步发展提供了有益的参考。     

铝合金电弧增材制造技术研究进展

增材制造技术是制造业信息化、数字化、智能化的重要组成内容,而电弧增材技术在铝合金成形中具有较好的应用优势。从金属增材制造技术分类、发展历程、标准规范、技术原理等方面,对比分析了不同增材制造技术的优势与局限。特别介绍了以冷金属过渡技术为代表的电弧增材技术,讨论了电弧增材技术的自身优势与局限性,及其应用于铝合金结构件一体化制造的优势。从成形工艺、气孔缺陷、强韧化技术等多方面综述了国内外铝合金电弧增材技术的研究发展,介绍了目前国内外在铝合金电弧增材制造方向的研究工作以及遇到的主要问题,重点分析了铝合金电弧增材制造样品强韧化方法与效果,介绍了国内外的相关优秀案例。最后总结了未来铝合金电弧增材制造技术需要着重解决的问题与方向,包括原材料质量问题、几何精度问题、气孔、热裂纹和残余应力问题、组织和力学性能问题。     

CMT电弧熔丝增材制造AZ31镁合金组织与性能调控研究

冷金属过渡(CMT)电弧熔丝增材制造镁合金具有广阔的应用前景,但存在微观组织不均匀、力学性能各向异性等问题。文中以AZ31镁合金为研究对象,探索不同输入能量密度对宏观成形质量的影响,分析微观组织演化规律并对其力学性能进行调控。结果表明,在合适能量密度下可成形出表面平整、无明显宏观冶金缺陷的镁合金试样,沉积态试样的底部、中部和顶部微观组织存在显著差异。固溶热处理后,枝晶间的粗大组织得到消除,试样在水平和竖直方向上的强度和塑性明显提升,力学性能各向异性得到有效改善。研究结果为CMT电弧增材制造强韧性匹配镁合金提供了技术参考。     

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。     

电弧增材制造控形改性技术研究进展

以电弧作为热源的电弧填丝增材制造技术(WAAM),使用金属焊丝作为熔覆材料,以层间堆焊的方式,可生产出焊接缺陷少、力学性能好的构件,在航空航天、船舶制造、生物医学等领域有重要应用前景。针对电弧增材制造过程中,表面成形精度及组织性能难以准确调控的难点,文中从控制电弧增材表面成形和组织性能两方面综述了国内外研究进展。按照在增材制造时调控手段的介入阶段不同,将调控手段分为在增材过程中的调控、在增材过程后的调控两大类,分别阐述各改善调控工艺技术的原理特点和存在问题及电弧增材制造形性调控未来发展方向。     

电弧增材及镁合金WAAM成形技术发展及应用

进入21世纪,金属材料成形技术正在发生巨大变革.电弧增材制造技术,因具有加工速度快、材料利用率高、成本低等优点,被尝试用于加工各种重要零部件.目前,以熔化极气体保护焊(GMAW)、钨极惰性气体保护焊(GTAW)、等离子电弧焊(PAW)为主,同时结合机器人、计算机仿真模拟、剖分算法、路径规划、工艺参数优化、后处理及组织与...     

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...     

镁合金电弧熔丝增材成形质量控制研究

针对镁合金CMT电弧增材制造表面成形质量控制难题,开展了AZ31镁合金电弧熔丝增材制造的沉积行为、成形特性研究,以及单道多层增材构件表面质量控制试验.结果 表明:镁合金电弧增材制造的工艺参数优选范围较大,电流为120～160A、沉积速度为10～12 mm/s时,沉积层宽度均匀一致,宽高比和接触角也较大;采用CMT工艺制...     

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...     

TC4钛合金电弧增材制造叠层组织特征

采用CMT电弧增材制造技术制造了TC4钛合金薄壁墙构件,并对其组织特征进行了研究. 结果表明,在电弧增材制造过程中,受其热输入、多次热循环及冷却速度的影响,在其构件中产生了从高温保留下来的贯穿数个堆积层的原始β柱状晶晶界、水平层带条纹、马氏体组织和网篮组织等. 显微硬度显示,中下部区域硬度相对较高,平均硬度为336HV 0.1,上部显微硬度有明显降低,平均硬度为323.3HV 0.1.     

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。     

电弧增材制造数控机床电气控制与策略

在老旧数控铣床改造为电弧增材制造机床过程中,系统研究了基于PMAC Clipper卡、S7-200 Smart PLC、交换机、计算机的电气控制与策略,分析了采用RS485通讯和模拟量实现焊机控制的优缺点,并分别通过两种模式制备了低碳钢零件和铝镁合金零件.设计了基于HCNR201线性光耦的双通道电压采集模块,实现了堆积...     

电弧增材制造金属点阵结构研究进展

金属点阵结构是一种轻质多功能结构,具有高比强度、高比刚度、抗爆吸能、减振降噪等优势,在飞行器、船舶、车辆、建筑等领域具有广泛的应用前景。然而,迄今为止点阵结构件的应用规模仍然十分有限,主要原因是受到制造技术的严重制约。电弧增材制造技术因其离散堆积的成形特点有望实现点阵复杂结构的一体化高效低成本制造。综合分析了电弧增材制造金属空间杆结构与点阵结构的研究现状,从制造原理、成形工艺与方法、制造特点等方面进行论述,并归纳了现阶段各研究机构对于金属点阵电弧增材制造的研究进展。最后介绍了电弧增材造金属点阵结构存在的掣肘,重点分析了现有电弧增材制造在点阵制造与成形控制方面的研究进展与不足,指出了未来电弧增材制造金属点阵结构的主要发展方向。     

增材制造TiAl合金的研究进展

采用等离子电弧双丝增材制造技术成功制备了Ti-48Al合金(at.%),并对其沉积态和热处理后的组织特征进行了系统地研究. 结果表明,沉积态Ti-48Al合金主要由α₂相和γ相组成,沿着沉积方向,沉积态组织呈现由树枝晶区和片层晶团区交替分布的不均匀性特征,并且在树枝晶区存在严重的枝晶间Al元素偏析现象. 在1340 ℃/10 h/炉冷热处理后,不均匀的沉积态组织转变为晶粒尺寸细小的双态组织,Ti-48Al合金的微观组织的不均匀性获得明显改善,并且α₂相含量显著增加,组织的择优取向减弱.

     

电弧增减材复合制造精度控制研究进展

电弧增减材复合制造技术是一种将产品设计、软件控制以及增材制造与减材制造相结合的新兴技术。丝材电弧增材制造(WAAM),因其在金属增材制造中具有制备成本低、沉积效率高、材料利用率高等优势而备受推崇;又因其热输入高、成型精度相对较低而存在一定局限性。因此,亟待研发既能保证成形效率,又可以精确控制传热、传质、传力的增材复合制造技术。电弧增减材复合制造对于大型框架构件上肋板或类似薄壁墙体、筋板等构件的加工十分适合,可以实现降低制造成本和提高生产效率的目的。除增材制造精度和应力控制等问题外,增材后控形减材制造的切削问题不同于传统的去除加工,也受增材沉积表面不均匀性、增材余热和残余应力等因素影响。为解决上述问题,近年来为实现高速高效成形、精确控形控性的多种增减材复合制造方法不断涌现。本文对目前增材制造成形误差、增材后应力变形控制,以及增材后减材切削加工的相关研究进行综述,旨在探索金属构件增材复合带温减材制造的可行性,寻求合理利用增材余热,在保证最佳加工精度的前提下追求较小残余应力、良好材料微观性能和较高生产率的新型制造工艺。     

电弧增材制造技术及其在Ti-6Al-4V钛合金中的应用研究进展

以等离子弧为热源,采用交流辅助的方法进行钛合金逐层熔丝增材制造,研究外加交流电流对增材件的微观组织和性能的影响,通过高速摄像观察外加交流电流对熔滴尺寸及熔滴过渡的影响,测量堆垛形貌的粗糙度,观测堆垛层的组织和显微硬度,分析辅助交流电流对堆垛层的压缩性能影响. 结果表明,外加交流电流会形成比较明显的交流电弧,并促使等离子弧摆动,对熔池起到振荡作用. 改善增材件的表面平整度以及增材件的晶粒尺寸,且晶粒尺寸随外加辅助交流的增大而变小,从未加交流到外加交流电流为30 A,晶粒尺寸减少了43.4%. 同时,外加交流电流可以明显提高增材件的硬度以及塑性,当外加交流电流为30 A时,硬度为454.15 HV,压缩应变为0.280%,未加交流电流时硬度为406.45 HV,压缩应变为0.110%,压缩应变比未加交流电流时提高了2.5倍.     

电弧增材制造轨迹及工艺规划研究进展

电弧熔丝增材制造是一种高效快速近净成形制造技术,凭借其低成本、高柔性的显著优势成为中/大型金属零件制造的热点研究方向及首选方案。概述了近年来电弧熔丝增材制造技术在成形轨迹及工艺规划方面的研究进展,总结了三维模型切片方法、具有不同几何特征的二轮轮廓路径规划方法、典型结构的特殊路径规划策略及成形工艺参数优化与控制策略,介绍了多方面提高表面质量与成形精度的工艺方法及悬垂结构、倾斜结构的无支撑打印策略,最后总结了电弧熔丝增材制造技术当前研究进展,指出了未来提升电弧增材制造装备及工艺控制的智能化水平的研究方向。     

增材制造镁合金的研究现状与展望

航空航天、武器装备等重要领域对轻量化材料的需求日益迫切,镁合金作为质量最轻的金属结构材料逐渐受到广泛关注。随着科学技术的高速发展,经过拓扑优化设计的增材制造镁合金零部件可以进一步在结构上实现轻量化,成为镁合金成形及应用的重点研究方向。本文详细介绍了关于镁合金增材制造的国内外研究现状,综合分析了镁合金增材制造研究中目前存在的主要问题,对镁合金增材制造成形技术的未来发展进行了展望。