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.     

超声振动辅助电弧增材制造2219铝合金的显微组织及力学性能

在附加与焊枪同步运动的超声振动辅助条件下,采用电弧增材制造技术制备2219铝合金单道多层沉积件,并分析其显微组织与力学性能的变化。结果表明：附加超声振动后试样的晶粒明显细化,晶粒粒径在20μm以下的比例由29.32%提升至46.59%,平均粒径由36.80μm下降至30.19μm。同时,在试样的显微组织中出现了大量的亚晶区。经附加超声振动后,试样的显微硬度由79.9HV提升至93.8HV,试样在竖直方向上的拉伸性能得到了一定程度的强化,水平方向上的屈服强度也有所提升,但伸长率显著下降,这可能与拉伸件中存在的缺陷相关。     

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.     

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。     

TIG电弧增材制造5356铝合金微观组织与拉伸性能

为解决电弧连续增材时,由于热积累效应导致堆敷层的塌陷问题,在基板底部加装水冷铝板,制备了水冷断续、水冷连续两种不同工艺的4047铝合金直壁构件,并制备无水冷条件下的增材构件作为对照. 通过对比3种工艺条件下的构件基板热循环曲线、晶粒形貌、抗拉强度、硬度和断后伸长率,研究水冷条件对增材构件宏观形貌、微观组织和力学性能的影响. 结果表明,水冷断续条件能够有效降低热量积累,增材构件侧壁更加平整. 水冷连续条件下增材直壁构件成形最好,两端无塌陷产生,且成形效率最高. 3种增材构件底部晶粒都以等轴晶为主,其余部位都以柱状晶和树枝晶为主. 水冷连续条件下构件的晶粒尺寸最大,水冷断续条件下晶粒尺寸最小. 各增材工艺制备的构件力学性能与ZL102铸造铝合金相当,其中水冷断续工艺制备的增材构件力学性最好.     

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。     

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。     

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%.     

随焊超声搅拌对铝合金电弧增材制造组织及性能的影响

在5356铝合金电弧增材制造时,采用随电弧同步移动的搅拌针在熔池内施加不同频率（30、40、50kHz）超声搅拌,结果表明：增材层组织与未施加超声搅拌时相比,晶粒细化,柱状晶数目减少,等轴晶数目增加;且随着超声频率增加,晶粒细化更加明显;增材层孔隙率随超声搅拌频率增加呈降低趋势,在30、40、50 kHz时分别为0.73%、0.64%、0.59%,但均高于未加超声搅拌的试样（0.2%）;随着超声搅拌频率增加,增材层强度与塑性均有所提升：增材层的抗拉强度在0、30、40、50 kHz时分别为266.57、278、282、299 MPa,伸长率分别为30.67%、31.54%、35.53%、41.86%。     

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.     

激光功率对5356铝合金激光诱导MIG电弧增材制造组织性能的影响

为了改善MIG电弧增材制造5356铝合金的组织及力学性能,将低功率激光与MIG电弧增材制造结合,采用低功率脉冲激光诱导MIG电弧增材制造技术进行了不同激光功率下5356铝合金单道多层墙体成形试验,分析了激光功率对沉积态5356铝合金组织、显微硬度及拉伸性能的影响.结果表明,低功率脉冲激光诱导MIG电弧增材制造成形试样整体冶金结合良好、无明显的未熔合现象.墙体的微观组织主要呈等轴晶状,与单MIG电弧堆积的墙体相比,等轴晶变得细小均匀,显微硬度提高,波动较小.加入激光可以减少Fe元素、Si元素含量和气孔数量,使墙体的力学性能提高,当激光功率为300 W时达到最大值,较单MIG电弧堆积墙体的抗拉强度提高了12.0%.     

7 mm厚TC4钛合金电子束焊接头组织和性能

基于钨极氩弧焊的电弧增材制造(GT-WAAM)工艺,以6 mm厚Ti6Al4V合金为基板,直径1.2 mm的Ti6Al4V焊丝为材料,利用CO₂进行层间冷却,得到成形均匀的沉积结构。通过对焊接过程热循环特点、沉积形貌、硬度分布及力学性能分析,获得沉积结构质量评价。结果表明,提高冷却速率可以细化沉积结构晶粒,得到针状的α′相,从而改善材料的硬度和抗拉强度;在沉积结构中,堆积高度增加产生的热积累效应,使冷却气体中的C和O元素存在与堆积金属发生潜在的化学反应的可能。采用层间冷却控制层间温度能有效改善沉积结构质量,可使制造效率提高80%以上。

     

丝材电弧增材制造TA15/TC11梯度结构材料的显微组织和力学性能

利用丝材电弧增材制造的方法制备从TA15过渡为TC11的梯度结构材料,并对该梯度结构材料的晶粒形态、化学成分、显微组织和力学性能沿沉积方向的变化情况进行表征和研究.结果表明,从TA15到TC11,晶粒尺寸减小,并且发生从柱状晶到等轴晶的转变.合金元素的含量在短距离内变化很大,突变区的宽度为800μm.TA15区域和TC...     

ZL205A电弧熔丝增材制造堆积体的组织与性能

用电弧熔丝增材制造技术(WAAM)进行ZL205A铝合金的堆积实验。通过金相、SEM、EDS及拉伸试验,考察堆积体的微观组织和力学性能等,并与金属型铸造试样进行对比。结果发现,堆积体厚度均匀,表面平整,堆积体中元素B和Cd的烧损率分别达到60%和50%。与金属型铸造铸态试样相比较,WAAM直接堆积态晶粒大小更均匀,晶粒尺寸更小,析出相在晶内和晶界上均匀分布。T6热处理后,θ相完全固溶到Al基体中,在晶界上均匀分布着复熔T相,堆积体T6的力学性能达到抗拉强度500Mpa,屈服强度450Mpa,延伸率10%,均高于金属型铸造试样的水平,且试样在横纵两个方向上力学性能一致。     

电弧增材制造(WAAM)ZL114A铝合金组织与性能的研究

采用金相显微镜、扫描电镜、电子万能试验机等分析测试手段,研究了电弧增材制造工艺方法对ZL114A铝合金组织与性能的影响。与传统铸造成形方法相比,铸态组织具有更小的枝晶间距、Si相细小分布均匀;化学成分可有效控制;T6热处理后,Si相球化充分,第二相弥散分布在α-Al基体上,力学性能显著提升,抗拉强度、屈服强度及延伸率分为360MPa、315MPa、7.5%,延伸率是砂型铸造试样的2.1倍,拉伸断口呈现韧性断裂特征。WAAM成形试样缺陷主要为小于30μm的气孔,经过热处理后气孔数量减少,尺寸有变大趋势。     

旁路等离子在航天用轴结构增材修复中的应用

以φ1.2 mm直径的H08Mn2Si焊丝为试验材料,采用旁路热丝等离子弧方法进行电弧增材制造工艺试验,对航天用轴结构件进行增材修复,获得了较好的成形效果。研究了层间温度对增材组织性能的影响规律。同时,利用光学显微镜、拉伸试验机和硬度分析仪等对修复接头的微观组织和力学性能进行了研究。结果发现,随着增材过程中层间温度的增大,熔池的冷却时间逐渐缩短,晶粒二次长大越来越明显,晶粒也越来越相对粗大,同时珠光体的含量也随之减小,靠近增材区的组织为细小的珠光体组织,而热影响区的组织明显粗大。另外,增材组织的硬度也随着层间温度的增加而增加。修复后材料的拉伸强度和硬度均高于母材,满足结构件的使用要求。     

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.     

热处理对电弧增材制造Inconel 625合金显微组织和力学性能的影响（英文）

研究电弧增材制造Inconel 625合金热处理前后的显微组织和力学性能。未热处理样品的显微组织中形成枝晶镍基固溶体相、(Nb,Ti)C碳化物、Laves相和δ-Ni₃Nb二次相。固溶热处理导致Laves和Ni₃Nb相的溶解。此外,枝晶被大柱状晶取代。时效热处理导致晶界M₂₃C₆碳化物和纳米γ’’晶的析出。未经热处理试样的硬度、屈服强度、抗拉强度和伸长率与铸态合金的接近,其断裂为穿晶韧性断裂。固溶热处理能提高合金的硬度和屈服强度,降低伸长率,但对抗拉强度影响不大。此外,时效热处理导致拉伸性能变差,断裂模式转变为穿晶韧性断裂和沿晶脆性断裂的混合模式。     

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.