电子束熔丝增材制造TC11钛合金组织及力学性能

采用电子束熔丝增材工艺制造了直径260 mm的试环。分析了不同热处理状态的增材制造TC11钛合金微观组织和室/高温拉伸性能及其各向异性。并测试分析了锻件基体晶粒2次热处理和锻件基体与增材界面处的组织和性能。结果表明：沉积态微观组织为沿<001>β方向生长的柱状晶。晶界存在连续α相，晶体内部由集束和网篮α相组成的片层组织。经950℃/2h/空冷+530℃/6h/空冷的热处理后晶界连续α相破碎，晶内α相宽度从1.1μm增加至1.8μm。并形成具有二次α相的双片层组织。锻件与增材过渡区锻件一侧，等轴初生α相转变为“雪花”状初生α相。锻件基体2次热处理后等轴初生α相轮廓光滑，转变β相比例增加，并形成大量细小的针状二次α相。沉积态室温及500℃高温拉伸性能均具有明显的各向异性。经过热处理后室/高温拉伸性能均获得改善并高于锻件要求且各向异性明显降低。与沉积态相比，热处理态室温抗拉强度和断后伸长率各向异性分别从4.4%和27.1%降低至1.6%和5.4%。柱状晶及其晶界连续α相是引起塑性各向异性的原因。锻件+增材界面处热处理后其室/高温拉伸性能均满足锻件要求。     

脉冲电流强度对TIG增材制造2219铝合金显微组织与拉伸性能的影响

利用钨极氩弧焊(TIG)增材制造技术在无脉冲、弱脉冲和强脉冲交流电下制备2219铝合金，研究了脉冲电流强度对铝合金显微组织和拉伸性能的影响。结果表明：无脉冲、弱脉冲及强脉冲TIG增材制造铝合金试样的显微组织一致，主要由基体相α(Al)与第二相θ(Al₂Cu)构成，堆积体中部区域均为等轴晶；相比无脉冲电流工艺，弱脉冲和强脉冲电流下制备的试样晶粒尺寸更小更均匀；无脉冲、弱脉冲及强脉冲TIG增材制造铝合金试样均表现为弱织构，最大密度仅为3.42,脉冲电流强度对晶粒取向无明显作用；经T6热处理后，相比于无脉冲电流工艺，强脉冲电流下制备的试样在扫描方向的抗拉强度降低，增材方向的抗拉强度提高，整体各向异性减轻。     

基于电磁感应加热技术的金属线材熔融沉积工艺研究

针对现有金属增材制造成形工艺普遍存在的成形速度慢、粉末材料昂贵以及运行成本高等问题,提出了一种基于电磁感应加热技术的金属线材熔融沉积工艺。利用自主研制的试验系统进行了薄壁圆环结构件沉积成形试验,研究了电磁力对熔滴沉积的作用机理,并结合工艺试验分析了过渡距离对成形件的层间结合性能的影响。试验结果表明:优化感应线圈几何参数,严格控制线材相对感应线圈的位置对该工艺的加工精度与成形质量有重要影响;当喷头至基板间距离处于8~20 mm之间时,成形制件层间结合良好。研究表明,基于感应加热技术的金属线材熔融沉积工艺是一种可行的增材制造新工艺。     

氩氦混合气对铝合金CMT电弧增材制造过程成形质量的影响

针对铝合金CMT电弧增材制造技术,采用5356铝合金焊丝在Ar+He二元混合气体保护下进行CMT机器人自动化增材制造实验,研究不同Ar+He混合气比例对成形试样尺寸精度和力学性能的影响。对试样尺寸精度、气孔率及拉伸性能进行了分析。结果显示:表面粗糙度随氦气比例的增加先增加后减小。当氦气比例增加到75%后,不仅可以有效消除0.2 mm以上的宏观气孔,也可以消除显微气孔。力学性能显示抗拉强度同样随氦气比例的增加先增大后减小,70%Ar+30%He时抗拉强度达到最大值252.5 MPa。     

2219铝合金大型环件组织性能调控方法与工程应用研究

正?9.5米2219铝合金贮箱过渡环是我国计划研制的重型运载火箭关键承力构件,其力学性能指标要求高于现役长征五号?5m过渡环,我国尚未有制造该超大规格高性能整体环件的工艺技术与先例。铸锭重量达到10吨、环件尺寸达到?9.5m的超大环件高性能成形制造所面临的巨大挑战表现在:超大规格铸锭成分的不均匀性与粗大残余结晶相的富聚,易造成应力集中和裂纹萌生,导致环件延伸率偏低;环件在开坯、扩孔以及环轧成形中微观组织演变复杂,易形成粗大纤维状晶粒组织,环件各方向性能差异显著。     

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。     

压铸铝合金的铁金属间化合物对力学特性的影响

压铸铝合金AlSi9Cu3中含有三种FeSiAl类金属化合物,即:多边形状铁相Al8Si1.6(Fe,Mn)1.8 (CuZn)0.1、α铁相Al8Si1.5(Fe,Mn)1.7 (CuZn)0.2和β铁相Al5Si1.3(Fe,Mn)(CuZn)0.1 .当铁的含量从0.17 wt%～0.8 wt%变化时,压铸铝合金AlSi9Cu3以α铁相和多边形状铁相为主,其强度上升,塑性降低;当铁的含量达到0.8 wt%～1.3 wt%时,α铁相和多边形状铁相有明显的增加,同时β铁相也大量形成,从而使其强度增加5%,延伸率减少27%.     

热丝辅助电弧增材Al-Cu-Mg-Ag耐热铝合金组织与性能研究

电弧增材制造技术可以缩短生产周期,降低成本,实现铝合金的快速成形,但存在结构内部含有较多气孔及晶粒粗大的问题。热丝辅助电弧增材制造(HWAAM)可以有效降低气孔率和细化晶粒,进一步提高电弧增材制造Al-Cu-Mg-Ag合金的性能。采用热丝电弧增材制造技术制备了Al-Cu-Mg-Ag耐热铝合金,利用拉伸试验、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等实验方法,研究了电弧增材制造Al-Cu-Mg-Ag铝合金的气孔缺陷、显微组织和力学性能。结果表明,与冷丝成形合金相比,热丝辅助电弧增材制造Al-Cu-Mg-Ag合金气孔率降低25%,气孔球形度增加,空间分布较为均匀;同时晶粒尺寸降低30%,晶粒形貌趋于等轴晶化。冷丝结构件抗拉强度为218 MPa,屈服强度为134 MPa,延伸率为3.2%,使用热丝电弧增材制造后,力学性能提高,其抗拉强度提升至242 MPa,屈服强度提高至148 MPa,延伸率4.2%。最后,分别采用固溶+时效和人工时效热处理工艺,进一步改善了热丝辅助成形Al-Cu-Mg-Ag合金的力学性能。固溶与时效热处理后抗拉强度达到368 MPa,延伸率下降至0.5%,时效热...     

冷金属过渡加脉冲电弧增材制造4043铝合金薄壁件的组织与拉伸性能

采用冷金属过渡加脉冲(CMT+P)电弧增材制造4043铝合金薄壁件,对比了不同工艺参数下薄壁件的成形性能,研究了成形性能良好薄壁件的组织与拉伸性能,并与CMT工艺下的进行了对比。结果表明:CMT+P工艺下,当焊接速度为8 mm·s-1和送丝速度4 m·min-1时,薄壁件的成形性能最好,且其成形效果接近CMT工艺下的; CMT+P工艺下薄壁件的单层组织由焊道上层的细晶区和焊道下层的粗晶区组成,焊道间存在穿过界面生长的粗大柱状枝晶,CMT工艺下的显微组织为分布均匀的细小柱状晶; CMT+P工艺下薄壁件的拉伸性能优于CMT工艺下的; CMT+P工艺下横向和纵向拉伸试样断裂方式均为韧性断裂,横向与纵向抗拉强度各向异性百分比仅为4%,说明薄壁件的力学性能不存在各向异性。     

浅析CMT技术在铝合金电弧增材制造中的应用

随着近些年科学技术不断进步,越来越多的先进制造工艺与技术在轻合金材料制造领域得到应用。铝合金材料及技术目前已经取得较好发展成果,相应的增材制造技术也备受关注。CMT是一种新型焊接工艺,具有弧长控制精确、飞溅少以及热输入量小等特点,非常适合低熔点金属,特别是铝合金增材制造,是近些年国内外研究的焦点之一。基于此,从当前国内外研究方向着手,对CMT工艺、送丝速度以及焊接速度等参数对成形件的影响进行分析,概述CMT电弧铝合金增材制造时的气孔缺陷、组织性能及尺寸控制等内容。最终可知,CMT技术在铝合金电弧增材制造方面仍然有待进一步研究,从而实现在现代制造业领域的加速发展。     

冷金属过渡电弧增材制造5183铝合金温度场的数值模拟

利用有限元分析软件ABAQUS使用生死单元法建立冷金属过渡(CMT)电弧增材制造单道10层5183铝合金模型,模拟分析了增材制造过程中温度场的分布和变化规律,并进行试验验证;采用该模拟方法研究了增材制造路径(单向和交叉路径)、层间冷却时间(20,40,60 s)和焊接速度(400,450,500 mm·min^-1)对温度场的影响。结果表明：模拟得到在CMT电弧增材制造过程中基板某点的热循环曲线的变化趋势与试验结果基本一致,且峰值温度和波谷温度与试验结果的相对误差均不大于8.93%,验证了模型的准确性。随着堆焊层数的增加,熔池峰值温度升高,熔池区域变大;单向路径增材制造会在试样收弧端产生较严重的热积累,而交叉路径可以减弱热积累效应;层间冷却时间越长,焊道中点的峰值温度越低,且降低幅度随冷却时间的延长而逐渐减弱;焊道的峰值温度和波谷温度随焊接速度的增加而降低。     

AZ31/7005异种材料填丝GTAW接头组织分析

为获得良好的镁铝异种金属焊接接头,采用钨极氩弧焊填加镁铝合金焊丝ER5183、ER5356的方法进行焊接,利用金相显微镜、扫描电镜对两种焊接接头的微观组织对比分析,利用电子探针、能谱仪研究接头的元素分布,利用显微硬度计对两种焊接接头的显微硬度对比分析。结果表明,采用ER5183、ER5356镁铝合金焊丝,接头未形成连续片状金属间化合物层,能够形成良好的焊接接头;采用ER5183焊丝获得焊缝比采用ER5356组织更为致密,脆硬的Mg-Al金属间化合物少;两种焊接接头镁侧熔合区主要组织为α-Mg固溶体+γ-Al12Mg17的共晶组织和晶界析出相γ-Al12Mg17组织;镁侧焊缝区主要为α-Mg固溶体+γ-Al12Mg17的固溶体组织。焊接接头以Mg、Al元素为主,在镁侧熔合区,Mg、Al质量分数保持稳定,镁侧焊缝区,Mg质量分数逐渐降低,Al质量分数逐渐升高,到铝侧焊缝区达到稳定值。适当控制焊丝中Mg的质量分数,使金属间化合物弥散分布,能够改善AZ31镁合金和7005铝合金的焊接性。     

激光熔丝增材制造丝材过渡状态的电磁振动监测方法

提出一种在线监测激光熔丝增材制造中微细丝材(1~2 mm)过渡状态的电磁振动监测方法,建立监测系统的数学模型并研制原型装置。通过设计试验,采用磁性以及非磁性微细丝材对监测系统的振动发生、信号采集等功能进行测试与验证,发现可获得强度显著大于环境噪声的稳定振动信号,证实了监测方法的可行性。基于该装置,开展了激光熔丝增材制造工艺中丝材过渡状态的监测试验研究。结果表明:滴状过渡时,成形中,基板接收到的振动信号低于环境噪声强度(约为-70 d B);而液桥过渡时,可获得清晰的振动信号(强度-67~-62 d B),高于环境噪声强度。综上,采用所研制的原型装置可清晰分辨滴状过渡与液桥过渡这两种典型的丝材过渡状态,能对激光熔丝增材制造工艺的丝材过渡状态进行有效监测。     

7075铝合金激光熔丝增材制造热循环和温度梯度对熔池凝固组织的影响研究

7075铝合金兼具高比强度、低密度和良好耐腐蚀性等优点,在航空航天领域应用广泛。基于传统制备方法存在加工过程复杂、材料利用率低及零件表面精度低等问题,使用激光熔丝增材制造技术可在较短时间和较少成本下成型低缺陷高精度的7075铝合金零部件。本研究采用不同工艺参数制备了7075铝合金单层单道和单道多层增材试样,基于有限元方法系统分析了不同激光功率对沉积层温度场分布和微观组织的影响,以揭示热输入诱导的微观组织差异对7075铝合金沉积层硬度的影响机理。结果表明：随着激光功率从1 600 W增加到2 200 W,熔池峰值温度提高12.5%,温度梯度从62.8℃/mm减小至12.4℃/mm,沉积结构高温区域面积增大,熔宽增长20.85%,单道多层试样的峰值温度增幅大于单层单道。随着激光功率增加,沉积层上部、中部和下部的晶粒尺寸增大,晶界处第二相析出物含量减少,从底部至顶部均出现柱状晶至等轴晶转变。不同激光功率下增材试样在不同位置的显微硬度均达到90 HV以上。     

铝合金薄壁异形截面辗扩成形宏微观模拟

环件轧制作为一种无缝环筒类构件先进塑性成形技术,目前还难以实现铝合金薄壁带筋锥筒构件的近净成形制造.针对2A14铝合金薄壁异形截面环件,建立其辗扩成形宏微观耦合分析有限元模型,选用矩形截面环件作为坯料,基于有限元模拟获得了优化后的轧制孔型,并探究坯料初始温度及芯辊进给速度对材料成形性和微观组织演变的影响规律,得到微观组织均匀且孔型填充性良好的辗环工艺参数.环坯温度为470℃,芯辊进给速度为1.2mm/s,主辊旋转转速为30 r/min,上锥辊的压下速度为0.6 mm/s为最优工艺参数,能够满足2A14铝合金异形截面辗扩形/性控制要求,可为实际生产提供理论指导.     

一种低功率实现高表面质量的细丝增材制造试验研究

针对在轨制造功率约束与金属增材成形高能量输入的矛盾问题,提出一种激光焦耳复合热源金属细丝增材制造工艺,激光功率仅约50 W,成功制造了宽高比高达40的薄壁结构,使用焦耳热加热丝材可以大大减少激光的功率,从而控制总的热输入,并对成形过程进行有效的热量管理,引入热阻概念进行递变参数优化的方法,有效减小了增材制造特有的台阶效应,成形件表面质量好,表面粗糙度Ra小于5 μm,优于激光选区熔融（Selective laser melting,SLM）工艺,同时,成形件无气孔和裂纹等缺陷,成形件的抗拉强度、致密度以及硬度分布等性能指标,也很接近制造原材料。结果表明,该激光焦耳细丝沉积（Laser Joule fine wire deposition,LJ-FWD）工艺,可以成为高表面质量零件增材制造的一个有吸引力方案,特别适合应用于太空在轨增材制造的快速成形。     

CMT电弧增材制造过程传热传质数值模拟

冷金属过渡(Cold metal transfer,CMT)电弧增材制造技术具有熔敷效率高、热输入低、成形稳定等优点,在大尺度构件直接成形领域应用前景广阔.然而,其成形过程熔池热-流等物理场演变机理尚不明确,且很难通过试验手段获得.基于动网格技术,建立了二维CMT电弧增材制造热-流场数值模型.模型中,采用流体体积法追踪...     

GO/AlSi10Mg激光熔化沉积组织性能研究

针对铝合金激光熔化沉积件强韧性差等问题,提出一种溶剂蒸发法制备具有粉末球形度高、流动性好、激光吸收率高且氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)均匀分散的GO/AlSi10Mg复合粉末,采用激光溶化沉积技术(Laser melting deposition,LMD)分别打印AlSi10Mg成形件和GO/AlSi10Mg成形件,对比分析两种LMD成形件的微观组织和力学性能,探究GO调控AlSi10Mg合金成形件强韧性的机理。结果表明,添加0.1%GO的LMD成形复合材料抗拉强度提升了10.3%,延伸率提高了170%,硬度提高了5.8%,拉伸断口从脆性断裂特征转变成韧性断裂特征。GO在高能激光的作用下发生还原反应生成石墨烯,石墨烯对复合材料起到了晶粒细化的效果。拉伸试验过程中位错在石墨烯附近聚集并缠结,石墨烯在铝基体中的钉扎作用阻碍了位错的移动、促进了位错增殖,而且石墨烯与Al基体有较强界面结合,起到载荷转移和桥接作用。由于晶粒细化、位错强化、载荷转移强化以及桥接作用,提出的GO/AlSi10Mg激光熔化沉积技术提高了铝合金成形件的强韧性,为铝合金激光熔化沉积技术的应用和发展提供了...     

变质处理对Mg-8Zn-4Al—0．3Mn合金显微组织和力学性能的影响

研究了Al5TiB、RE对Mg-8Zn-4Al-0.3Mn铸造镁合金显微组织和力学性能的影响.结果表明,Mg-8Zn-4Al-0.3Mn铸造镁合金的显微组织主要由Mg相、φ(Al2Mg5Zn2)相和τ(Mg32(Al,Zn)49)相组成.加入Al5TiB、RE变质剂,合金晶界上三元相的形态由半连续网状改变为颗粒状,三元相的分布逐渐变得弥散而均匀,且可以显著细化合金的铸态组织,晶粒大小由120μm-130μm减少到30μm-50μm.随着Al5TiB、RE变质剂的加入,合金的常温及高温力学性能也有明显的提高.     

激光选区熔化成形Al-Si合金高周疲劳性能的研究进展

激光选区熔化(SLM)成形是近年来发展最快的增材制造技术之一,在航空航天、汽车和医学等领域应用广泛.但铝合金粉末具有流动性差、激光反射率高以及热导率高等特点,导致SLM成形件表面粗糙,易形成缺陷,从而影响其疲劳性能.结合国内外对SLM成形Al-Si合金高周疲劳性能的研究现状,综述了成形方向、成形参数、热处理和表面处理对成形件高周疲劳性能的影响及高周疲劳断裂机理,总结了改善疲劳性能的方法,展望了未来SLM成形Al-Si合金疲劳性能的研究重点.