镁合金电弧增材制造研究现状及展望

电弧增材制造由于其高沉积速率、高材料利用率、低成本以及具有制造大尺寸构件的能力而得到研究人员的广泛关注,有望广泛应用于镁合金的快速成形。本文概述了电弧增材制造用镁合金丝材的种类及其对丝材的要求,总结了现今适合于镁合金电弧增材制造用丝材的制备方法,重点论述了镁合金电弧增材制造工艺的制备技术、基本原理、微观组织及力学性能,讨论了不同电弧增材制造工艺制备不同镁合金的影响因素,分析了镁合金电弧增材制造目前可用丝材种类少以及增材制造构件形性尚不可控等问题,并且在优化电弧增材制造镁合金构件性能和推进应用方面进行了展望。     

电弧增材制造TC4微观组织调控及力学性能研究

目的 研究固溶时效处理对电弧增材制造TC4钛合金微观组织和力学性能的影响规律。方法 设置了1组时效处理(AT,600 ℃/2 h/空冷)和2组固溶+时效处理(SA1,800 ℃/1 h/炉冷+600 ℃/2 h/空冷;SA2,870 ℃/1 h/炉冷+600 ℃/2 h/空冷)策略,对电弧增材制造TC4钛合金进行了热处理试验。通过扫描电镜(SEM)进行微观组织形貌和断口形貌观察,通过拉伸试验机进行室温力学性能测试。结果 沉积态试样的微观组织均匀性较差,主要由马氏体α¢相、网篮组织、不连续的晶界α相(α Grain Boundary,αGB)和集束组织构成。AT并未完全消除马氏体α¢相,但提高了其延展性。经固溶+时效处理后,马氏体α¢相消失,晶粒内部主要由网篮组织和αGB组成。平均抗拉强度由沉积态的999.67 MPa降低到SA2的936.46 MPa,而平均延伸率从6.23%提高到12.48%,且SA2样品显示出更低的力学性能各向异性。其中沉积态试样抗拉强度、屈服强度和延伸率的各向异性值(IPA)分别为4.82、0.96和28.7。SA2试样抗拉强度、屈服强度和延伸率的IPA分别为0.3、0.42和5.56。结论 固溶时效处理有助于提高电弧增材制造TC4钛合金微观组织均匀性,并显著降低力学性能的各向异性。     

电弧增材制造航空钛合金构件组织及力学性能研究现状

航空航天领域通常将钛合金作为承力结构件使用,对其性能和可靠性都有很高的要求,大型结构件的整体化制造是实现这些需求的有效途径。电弧增材制造技术因效率高、成本低、致密度高,在制备大型结构件方面具有一定优势。综述了国内外电弧增材制造钛合金组织的研究现状,介绍了改变形核条件以及引入轧制、超声等外场辅助技术调控后所得的电弧增材制造钛合金组织。对电弧增材制造钛合金的拉伸性能和疲劳性能进行了综述,总结了拉伸性能和疲劳性能的特点及断裂的原因。最后,对航空航天用钛合金电弧增材制造的组织及力学性能的关系进行了分析,并且对两者的调控前景进行了展望。     

AZ31与AZ61异种镁合金的TIG焊研究

采用TIG焊对AZ31与AZ61镁合金薄板进行连接,分别采用了AZ31和AZ61焊丝,比较焊接效果的影响.通过显微镜、扫描电镜、X-ray物相检测等实验方法,分析了两种焊丝焊接接头的外观形貌、显微组织、焊缝析出相及力学性能等差异.研究结果表明:采用AZ31和AZ61两种焊丝都能完成AZ31与AZ61镁合金薄板的对焊,获...     

镁合金电弧增材技术基本工艺及工艺因素影响综述

轻量化结构件是航空航天和交通运输领域的永恒追求,结构件的轻量化主要通过结构设计和材料选择实现。因此,具有自由成型大型复杂形状构件特点的电弧增材技术受到持续关注。镁合金密度约为1.8g/cm³,是实际工程应用中最轻的金属结构材料之一。这两点使电弧增材镁合金大型复杂构件的生产研究受到重视。然而,电弧增材涉及电磁、传热、流体等复杂物理变化,同时镁合金又存在易氧化、易挥发等问题,这对电弧增材的工艺控制提出严峻考验。为此本文归纳总结了镁合金电弧增材技术基本工艺类别,分析了主要工艺参数对电弧增材制造镁合金成型质量、微观组织、力学性能的影响规律和深层机理,指出了镁合金电弧增材技术的现有问题,最后对镁合金电弧增材技术的未来研究方向提出了一些建议和展望。     

AZ31镁合金不同挤压速度下的组织演变及力学性能研究

目的 针对AZ31镁合金材料在挤压成形过程中变形较为困难的问题,研究AZ31镁合金在不同挤压速度下的微观组织和力学性能演化规律。方法 采用DEFORM–2D软件对0.5、3、12、20 mm/s这4种挤压速度下材料挤压变形过程中的材料流动趋势、应变场、应力场和温度场等进行数值模拟和分析。结果 AZ31镁合金材料的挤压温度场随着挤压速度的增加显著升高,不同速度挤压后坯料的温度模拟值与实验结果实测值的变化趋势吻合。随着挤压速度的增大,材料的晶粒尺寸先增大后减小,0.5、3、12、20 mm/s这4种速度挤压后的晶粒尺寸分别为1.0、0.9、1.4、1.1 μm,变形材料的加工硬化率呈现出先增大后减小的趋势。在0.5 mm/s的挤压速度下,材料内部的微观组织均匀性较差,然而强度较高,抗拉强度约为416 MPa;在挤压速度为12 mm/s时,合金的晶粒组织最均匀,同时其综合力学性能较好,屈服强度为220 MPa,伸长率为17.3%,其加工硬化率也达到最大,为0.184。结论 通过DEFORM数值模拟能够为镁合金挤压变形提供指导。对于镁合金挤压变形,采用较低的挤压速度(约0.5 mm/s)对AZ31镁合金进行挤压变形,能够获得强度较高、伸长率相对偏低的挤压棒材,采用较高的挤压速度(约12 mm/s),则更有利于获得综合性能优良的镁合金挤压棒材。     

Si-RE复合合金化对AZ31镁合金显微组织及力学性能的影响

采用Si-RE元素对AZ31镁合金进行复合微合金化,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及拉伸实验仪等手段研究Si-RE元素对AZ31镁合金的微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,Si-RE复合加入可以明显细化AZ31镁合金的铸态组织,β-Mg17Al12相也由网状分布变为颗粒状,同时生成了短棒状和针状的Mg2Si相及Al11RE3相;合金的综合力学性能显著改善,AZ31+0.4%Si+0.5%RE的强度和延伸率比原始AZ31镁合金分别提高了42MPa和3.9%,试样室温拉伸断口虽然是以解理为主的脆性断裂,但断口中出现了少量的韧窝,解理面也较小。     

热轧工艺对AZ31镁合金组织和性能的影响

目的研究大变形量热轧、累积叠轧和普通热轧3种不同加工工艺及后续热处理对AZ31镁合金的组织及室温力学性能的影响。方法将均匀化处理后的AZ31原始样品采用大变形热轧、累积叠轧和普通热轧3种不同加工工艺制备成板材,并进行了后续热处理。利用EBSD技术和力学性能测试,解释了其组织和性能的关系。结果剧烈塑性变形工艺及适宜的热处理工艺,可使AZ31镁合金保持高强度的同时还可兼顾优良的室温延伸率。大变形量热轧工艺制备的AZ31镁合金板材的细晶组织及室温拉伸性能,可与累积叠轧等传统剧烈塑性变形工艺相媲美,屈服强度达到289 MPa,延伸率为7%。结论与普通热轧工艺制得的AZ31镁合金板材相比,大变形量热轧工艺及累积叠轧工艺制得的板材具有更高的强度和塑性。剧烈塑性变形镁合金在低温退火后获得的混晶组织,具有优良的综合力学性能,强度比形变态样品略低,而塑性与完全退火样品相同甚至更好。     

电弧增材成型铝合金的组织及力学性能

研究了2319铝合金冷金属过渡焊电弧增材成型试样沉积态及热处理态的显微组织、力学性能,以及不同温度对弹性模量的影响。结果表明：沉积态纵向试样的抗拉强度比横向试样小9.3%,纵向试样的抗拉强度存在各向异性;热处理后,试样的抗拉强度提高了约35%,纵向试样的抗拉强度仍然存在各向异性;热处理后,纵向试样和横向试样的弹性模量基本一致,随着试验温度的升高,弹性模量均呈下降趋势。     

5A06铝合金TIG丝材-电弧增材制造工艺

选用Φ1.2mm的5A06铝焊丝为成形材料,研究TIG丝材-电弧增材制造工艺。以TIG焊机为电源(交流模式),以四轴联动数控机床为运动机构,研究单层和多层成形时预热温度和电流对成形形貌的影响,观察成形件微观组织,并测试其力学性能。建立了单层单道基板预热温度和电弧峰值电流工艺规范带判据,以保证良好成形。结果表明:成形件的高度从第一层的3.4mm急剧下降,直到第8层后高度稳定在1.7mm。层间组织为细小的树枝晶和等轴晶;层间结合处组织最粗大,为柱状树枝晶;顶部组织最细小,由细小的树枝晶转变为等轴晶。成形件的力学性能各向同性,抗拉强度为295MPa,伸长率为36%。     

AZ31B镁合金带材热轧过程组织均匀性及性能研究

本文开展了变形温度为300、350、400 ℃和总压下率分别为15%、30%、45%、60%的AZ31B镁合金带材热轧试验,分析了不同工艺参数对轧后带材的微观组织及力学性能的影响规律。研究表明:随着轧制温度的升高,再结晶百分数增加,晶粒细化显著,组织均匀性增强;当温度达到350 ℃时,由于中间退火保温导致再结晶晶粒长大,使温度进一步升高,对再结晶程度的影响减弱,轧后带材晶粒度和延伸率均有降低;相比温度参数,提升总压下率对晶粒细化效果更为显著,轧制温度为300 ℃,压下率为60%时近表面平均晶粒尺寸由10 μm细化至3.7 μm,中心层晶粒尺寸细化至4.9 μm,组织分布较为均匀;压下率的增加有效改善了组织均匀性,使轧后带材延伸率显著增加,拉伸断口的韧窝增多,且逐渐加深。     

Fabrication of bulk Al-Co-Cr-Fe-Ni high-entropy alloy using combined cable wire arc additive manufacturing (CCW-AAM): Microstructure and mechanical properties

Additive manufacturing is a very promising manufacturing method widely used in various industries.In this study,for the first time,a new type of combined cable wire (CCW) with multi-element composition has been designed and developed for arc additive manufacturing (AAM) of non-equiatomic Al-Co-Cr-Fe-Ni high-entropy alloy.CCW composed of 7 filaments and 5 elements has the advantages of high deposition efficiency,self-rotation of welding arc and energy saving capability.Thin HEA walls were fabricated under pure argon gas using cold metal transfer technology.Microstructural observations of the developed HEA reveal (i) BCC and FCC phases,(ii) Good bonding between layers and (iii) defect-free microstructure.The developed alloy exhibits high compression strength (～2.8 GPa) coupled with high plastic strain (～42 ％) values (possess both strength and ductility).It has been identified that by varying the heat input via torch travel speed,the microstructure and mechanical properties of the HEA can be controlled.From this feasibility study,it has been proved that the innovative CCW method can be used to manufacture HEAs with CCW-AAM.Further,the study highlights the advantage of the rapid cooling involved in the CCW-AAM process which gives rise to superior mechanical properties.     

Effects of neodymium rich rare earth elements on microstructure and mechanical properties of as cast AZ31 magnesium alloy

Abstract

The effects of neodymium rich rare earth elements [RE(Nd)] on microstructure and mechanical properties of as cast AZ31 magnesium alloy were investigated. The microstructures of as cast AZ31–xRE(Nd) alloys display a dendrite configuration, and the secondary dendrite spacing of the α-Mg phase was decreased with the increasing Nd content. The addition of RE(Nd) resulted in the formation of Al₂Nd and Mg₁₂Nd phases. Mechanical properties were improved significantly due to grain refinement and precipitation of intermetallic phases. When the amount of RE is 1·0 wt-%,The as cast AZ31 alloy reached its maximum tensile strength of 249 MPa at room temperature, yield strength of 169 MPa and elongation of 9·0%.     

Microstructure and formability of AZ31B magnesium alloy sheet under continuous pulse current

Utilising electropulsing treatment (EPT) to improve the formability of metals is of paramount importance for engineering applications. The effects of EPT on the microstructure and formability of AZ31B magnesium alloy sheet were investigated. The results indicated that the microstructure and mechanical properties were slightly improved with the increase of current density, while the formability was promoted distinctly. Besides, the formability of the specimen after EPT was better than that of the specimen annealed at the same temperature, which indicated that pulse current can effectively increase the formability of the sheet. Further studies confirmed that the athermal effect caused by the pulse current made great contribution to the dislocation mobility and improved the formability of the sheet.     

Influence of neodymium on microstructure and mechanical properties of AZ31B wrought magnesium alloy

Abstract

The influences of rare earth neodymium on microstructure and mechanical properties of as cast and hot rolled AZ31B wrought magnesium alloy were investigated. The results show that the mechanical properties of both as cast and hot rolled AZ31B alloys decrease due to Nd addition. Nd reacts with Al to form Al₂Nd phase when Nd is added. Bulky and brittle Al₂Nd intermetallic degrades the mechanical properties. Moreover, the addition of Nd weakens the grain refining effect of Al on as cast AZ31B alloy, resulting in grain coarsening. Coarse grains also cause the decline of the mechanical properties of as cast AZ31B–Nd alloy. The negative influence of the bulky and brittle intermetallics on mechanical properties of AZ31B alloy can be relieved by large deformation because the intermetallics can be sufficiently broken up during the deformation process.     

固溶时效处理对4043铝合金沉积层组织与性能的影响

目的 研究CMT增材制造的4043铝合金在固溶时效处理后的组织与性能变化规律。方法 利用基于冷金属过渡技术的金属丝材增材制造方法制造出4043铝合金试件,采用金相组织观察、硬度测试、室温拉伸性能测试、能谱分析等手段,观察并测试固溶时效处理后4043铝合金沉积层的组织与性能。结果 增材制造的沉积层与母材间的成分分布不均匀,Al多以树枝状晶形式存在,共晶Si以片状形式存在,固溶时效处理能够使沉积层内共晶Si聚集,元素扩散均匀。在540℃下固溶处理2 h、180℃下时效处理8 h后,性能提升最为明显。结论 使用增材制造方式制造零件后,可采用固溶时效处理的方式改善组织、提高性能,从而扩大使用范围。     

AZ31镁合金非等温拉深性能的研究

针对AZ31镁合金等温拉深性能差的问题,提出了AZ31镁合金的非等温拉深工艺.通过平底杯形冲头拉深试验研究了不同冲头温度和板料温度对AZ31镁合金非等温拉深性能的影响,确定了使AZ31镁合金具有最佳拉深性能的板料和冲头温度范围.实验结果表明,除了板料和冲头温度之外,拉深速度和润滑条件对AZ31镁合金的非等温拉深性能也有重要影响.     

热挤压AZ31镁合金的组织结构与蠕变行为

通过对热挤压态AZ31镁合金进行组织形貌观察、内摩擦应力测定及蠕变性能测试,研究了热挤压AZ31合金的组织结构和蠕变行为.结果表明:热挤压AZ31镁合金的组织具有带状结构特征,并沿轧制方向分布,且有β-Mg17Al12相在合金中弥散析出.蠕变期间,位错运动的内摩擦力有较强的温度敏感性,随温度增加,内应力值明显降低,致使合金具有较高的蠕变速率.合金在蠕变期间,大量位错的形成与运动是蠕变初期的变形机制;蠕变稳态阶段,高密度位错逐渐束集形成位错胞,进一步发生蠕变期间的动态再结晶.随裂纹在晶界处萌生使蠕变进入第三阶段,而裂纹沿晶界韧性撕裂扩展是合金的蠕变断裂机制.