电弧增材再制造低碳钢疲劳性能研究

以增材制造为核心的再制造技术有望在航空航天、武器装备等领域成为替代人工或减材再制造的核心再制造技术。增材制造采用逐层熔融沉积成型,其疲劳性能与常规制造材料相比通常具有较大差异。成型过程中移动热源反复熔覆,形成复杂热历史,造成材料微结构的复杂演变。因此,增材制造材料疲劳裂纹扩展性能也存在一定的各向异性。以电弧增材再制造低碳钢为对象,针对裂纹扩展性能,研究电弧增材制造与常规热轧制造材料之间,以及电弧增材制造材料不同取向之间疲劳裂纹扩展速率的差异。分析造成疲劳裂纹扩展性能差异的微观层面机理,为电弧增材再制造材料在关键领域应用提供支持。     

柔性增材再制造技术

再制造数字化智能化发展的新需求将促进柔性增材再制造技术的发展。对柔性增材再制造技术的内涵及特点进行阐述,近年来在柔性增材再制造领域的相关研究成果也被简要地介绍。研究成果表明,开发的柔性增材再制造系统具有柔性好,成形快速,适应范围广等优势;自主开发的反求建模技术保证了扫描反求和数据处理的精度;将熔敷增材技术和铣削减材加工相结合开发的增材/减材复合再制造技术,实现了柔性增材再制造过程的形状精确控制;制备的集约化材料可有效减少所携带的再制造材料种类;开发的磁控增材再制造技术既细化晶粒,又减少组织缺陷,可以用于铝合金零件的再制造。     

搅拌摩擦处理对镁合金电弧增材修复层缺陷调控

镁合金电弧增材冷金属过渡焊(Cold metal transition, CMT)电弧增材过程中存在导热快、结晶不规则等问题,易在搭接处形成明显孔洞缺陷,且零件表面粗糙,研究修复层缺陷调控对镁合金增材制造修复的发展和实际应用具有重要意义。研究表明,镁合金CMT快速增材制造实现了多焊道的搭接,并获得细小的晶粒(约10.5μm),平均显微硬度达0.89 GPa,具备较高的力学性能;经过搅拌摩擦处理,不仅改善了表面质量,还消除了焊道搭接与基板的界面处孔洞,晶粒得到进一步细化(约9.7μm),降低材料服役过程中的断裂风险。重点验证了镁合金电弧熔覆与搅拌摩擦处理复合制造的可行性,为高性能镁合金增材制造方法提供了新的思路。     

半固态AZ91D镁合金组织与性能研究

采用双螺杆机械搅拌法制浆技术与半固态流变压铸成形工艺相结合，直接在压铸机的压射室中成功地制备出优质半固态镁合金坯料，极大地节约了模具的开发费用。坯料的初生α-Mg相细小、圆整，且晶粒平均尺寸为40～60μm。电子探针分析结果表明：坯料微观组织中未见明显的溶质扩散层，在细小的网状共晶相中析出了大量的晶粒尺寸为5～10μm的二次α-Mg相；半固态流变压铸成形工艺在提高铸件致密度的同时，也提高了铸件的硬度，与液态压铸成形试样相比，其密度提高了0．33%，硬度提高了4．6％。     

激光冲击MAG复合增材工艺与组织性能研究

为了研究激光冲击熔化极活性气体保护焊(Metal Active-Gas welding, MAG)复合增材工艺规律,通过构建复合热源模型,对比研究激光加入前后电弧及熔池的变化,并通过改变激光功率参数,分别分析其对增材成形件宏观形貌、微观组织和力学性能的影响。结果表明,在激光的冲击作用下,电弧产生吸引和压缩现象,可提高电弧的稳定性和热源利用率、增加熔池内气体逃逸时间、细化成形件晶粒尺寸,以及提高成形件的力学性能。激光功率900 W为最佳工艺参数,此时增材成形件表面较为光滑、晶粒尺寸最小范围为5～16μm,平均显微硬度为(182.5±8.7)HV,抗拉强度为566 MPa,断后伸长率为10.35%,气孔率为0.74%。对比单电弧增材成形件,平均显微硬度、抗拉强度和断后伸长率分别提高了9.3%、13.4%、37.5%,气孔率减少了43.1%。     

ZK60镁合金锻造拔长工艺及组织性能研究

研究了铸态ZK60镁合金拔长工艺,对锻造拔长过程的现象进行了分析,结果表明,通过光学显微镜对不同拔长工艺条件下的组织进行分析。随着锻造比的增大,晶粒组织逐渐细化,锻件力学性能提高。     

镁合金表面再制造AlCoTi非晶涂层组织及力学性能研究

采用高速电弧喷涂技术在AZ91镁合金表面制备了高非晶含量AlCoTi涂层,研究了涂层显微组织、力学性能、摩擦磨损及电化学腐蚀性能。结果表明,涂层呈典型的层状结构,其结构紧凑,与镁合金基体结合良好,孔隙率约为1.63%。涂层的组织主要由非晶相、纳米结构的α-Al和Al3Ti相组成。相比于AZ91镁合金,AlCoTi非晶涂层具有更高的显微硬度和耐磨性能：涂层的显微硬度约为511.3Hv0.1,远高于AZ91镁合金(62Hv0.1);在相同的磨损条件下,非晶涂层相对耐磨性约为晶体结构AZ91镁合金的3.9倍,其主要磨损机制为脆性剥落。在0.6 mol/L NaCl溶液中,非晶涂层自腐蚀电位、自腐蚀电流密度和电荷转移电阻分别为-0.696V、0.741 8μA/cm²和33 660?·cm²,明显优于AZ91镁合金的-1.392V、769.3μA/cm²和1 914?·cm²。通过对镁合金表面不同防护涂层的电化学腐蚀性能和显微硬度比较分析,本研究为镁合金提供一种低成本、高性能的涂层材料及再制造关键技术。     

铝合金熔滴复合电弧沉积同步WC颗粒强化增材制造工艺研究

针对铝基复合材料高效率、低成本增材制造,提出了铝合金熔滴复合电弧沉积同步颗粒强化增材制造新方法。实验研究中,以倾斜变极性电弧为热源,2024铝合金为基体材料,球形WC颗粒为增强相。成形过程中,由熔滴发生系统产生的铝合金熔滴,竖直落入倾斜电弧产生的熔池,与此同时WC颗粒以气载粉的方式送入熔池后沿,并随着电弧和基板的相对运动分散在铝合金基体中。单道多层沉积实验结果表明,送粉位姿、载气流量和WC颗粒直径均对WC_P/Al沉积过程影响显著。保持送粉方向平行于钨针轴线,且粉末流汇聚于熔池后沿时,有利于在沉积过程中保持电弧形态的稳定并获得较高的颗粒植入比例。金相分析显示,WC_P/Al沉积层内WC颗粒分布总体均匀,且颗粒与基体结合可靠;WC颗粒的存在会抑制柱状晶的生长,并且当WC颗粒直径小于40μm时,具有显著的晶粒细化效果。     

电弧增材制造2319铝合金交叉桁条结构微观组织与拉伸性能研究

电弧增材制造具有材料利用率高、制造效率高、制造成本低等优势,适合制造大型复杂航空薄壁构件。目前,交叉桁条结构电弧增材制造的路径规划、成形形貌控制、组织性能差异性等方面缺乏系统研究。针对交叉桁条结构提出了一种新的分层切片及路径规划方法,解决了桁条交叉区域余高过大导致的制造精度不足问题。开展了电弧增材制造2319铝合金交叉桁条不同区域的晶粒形态、元素分布、拉伸性能、断口形貌等检测与分析,结果表明,电弧增材制造2319铝合金交叉桁条结构不同区域的晶粒形态及尺寸呈现明显差异,致使桁条顶部的平均抗拉强度值与中部、底部相比高出20%左右。在拉伸断口的韧窝中存在大量θ(Al₂Cu)颗粒相,该非共格析出相增大了晶格畸变能并且提升位错阻力,使晶体滑移难以进行,最终材料的强度显著提高。     

AZ61镁合金在形变诱导法中的组织演变

研究了AZ61镁合金在应力诱发熔体激活法(SIMA)制备半固态坯料过程中预变形量、等温温度和保温时间对其组织的影响。试验样品经过0、22％、40％的预变形和不同等温热处理条件处理，结果表明，制备AZ61镁合金半固态非枝晶组织的理想工艺参数为形变量22％、等温温度595℃、保温时间40min。未预变形AZ61镁合金不宜进行半固态制坯。     

Microstructure Evolutions during the Hot Extrusion Process of AZ 31B Magnesium Alloy

The hot bulk deformation processes (such as extrusion, forging and rolling) are efficient ways to produce fine microstmcture. The effects of extrusion parameters on the evolved microstructure of directly extruded AZ 31B magnesium alloy were investigated. Extrusion processes were carried out at five different combinations with ram speed ranging from 2 to 8 mm·s-1 and billet temperature ranging from 350 to 450 ℃. The experimental results show that the peak extrusion force decreases with increase in billet temperature and decreases in ram speed. During all the extrusion the profile temperature and die temperature rise continuously. Small particles of secondary phase (β-Mg17A112) are uniformly distributed near the edge of the extruded profiles whereas their distribution is nonuniform in the centre of the extrudates. The size of secondary phase particles present in the central region of the specimens was found to increase with billet temperature and extrusion speed. All the specimens showed mixed microstructure-In the central region of the specimen, low volume fraction of dynamically recrystallized fine grains presented at the grain boundaries of original coarse grains; but near the edge region, the microstructure consisted nearly equiaxed free reerystallized grains.     

AZ31B镁合金板材旋压成形工艺研究

采用摩擦旋压成形工艺,研究了AZ31B挤压板材供应态试样在不预热的条件下直接进行旋压成形的可行性。结果表明,摩擦升温效应能迅速将坯料温度提高到200～450℃,从而提高镁合金板料的塑性变形能力,可旋压成形出最小直径为31.5mm、高度为9.22mm的镁合金碟形件。实验发现旋压成形的旋轮轴向进给量、旋轮运动轨迹、坯料旋转速度和润滑剂等对镁合金板材的旋压成形有较大的影响。当旋轮采用梳形运动轨迹、轴向进给量为0.22mm、坯料转速ω=900r/min时,采用MoS2钙基脂润滑,可获得较好的旋压成形效果。     

发动机曲轴再制造工艺研究

阐述了采用磨削加工和镀铬修复相结合的方式对曲轴轴颈及后端凸缘进行再制造的工艺过程,分析了轴颈及后端凸缘发生腐蚀的原因,并分析了镀铬修复后曲轴的性能以及磨削加工减薄连杆颈后再加厚轴瓦的再制造方法,得出结论为对曲轴后端凸缘进行电镀铬修复时,材料性能提高,曲轴能够恢复其机械性能,曲轴疲劳极限弯矩符合发动机使用要求。     

异步轧制工艺参数对MB1镁合金板材组织和性能的影响

采用不同异速比(1.2~1.8)和轧制路径对MB1镁合金板材进行异步轧制,对轧制得到合金板材的显微组织和力学性能进行了研究。结果表明:开始随着异速比(<1.6)的增大,MB1镁合金板材的显微组织逐渐细化,孪晶数量不断减少,抗拉强度和伸长率增大;当异速比为1.6时,合金的晶粒最均匀细小,平均尺寸约为20μm,且几乎没有孪晶,抗拉强度为235 MPa,伸长率达到23%;再进一步增大异速比,合金的力学性能又有所下降;按不同路径进行轧制,合金的晶粒逐步细化、均匀,孪晶依次减少,板材的伸长率按路径A,B,C,D的顺序逐步升高,强度逐步降低。     

镁合金轧制乳化液的配方设计

为开发镁合金板带轧制用冷却润滑剂,对以10#变压器油、7#主轴油和聚乙二醇600 (PEG600)为基础油,以Span80、Tween80、十二烷基磺酸钠(SDS)为复合乳化剂,以十二醇和油酸作为油性剂的水包油型乳化液进行性能检测.结果表明:乳化液的稳定性主要受到表面活性剂种类与加入量的影响,以非离子和阴离子型表面活性剂复配的乳化剂为佳,适宜的加入量在10％左右;复配乳化剂制备的乳化液的稳定性和离水展着性均优于单独使用某一种乳化剂,随着乳化剂加入量的增加,乳化液的离水展着性明显增加,表面张力明显下降;十二醇油性剂有利于提高乳液的稳定性,油酸油性剂有利于提高乳液的离水展着性.     

稀土钇对不同处理状态镁-铝-钙-钛铸造镁合金组织和硬度的影响

用X射线衍射仪、光学显微镜检测和观察了铸态、固溶态和时效态镁-铝-钙-钛铸造镁合金的相结构和显微组织,并测试了不同状态镁合金的硬度,探寻稀土元素钇及不同热处理对铸造镁合金的相结构、显微组织和硬度的影响.结果表明:随钇元素加入增多,镁合金第二相的析出增加,分布更均匀,且晶粒尺寸减小;铸态显微硬度显著提高;时效和固溶处理对其显微组织有明显的影响,但对硬度影响不大.     

高剪切速率下半固态法制备镁合金工艺的优化

采用正交试验方法、半固态流变压铸成形工艺和高剪切速率双螺杆机械搅拌机，对半固态法制备镁合金工艺进行了优化。结果表明：搅拌机筒体温度对半固态浆料固相率和初生α-Mg相圆整度的影响最大，双螺杆剪切速率对初生α-Mg相晶粒平均尺寸的影响最大；试验条件下的最佳工艺参数为镁液浇注温度605℃，筒体温度575℃，螺杆剪切速率6830s^-1；所得镁合金的力学性能σb=216MPa，δ=2．3％，硬度74HB。