热处理对增材制造316L不锈钢组织各向异性的影响

以选区激光熔化(SLM)制备的316L不锈钢为研究对象。首先对打印件的孔隙率、微观组织进行了表征,然后探究了热处理对组织各向异性及硬度的影响规律。结果表明,打印件的体积孔隙率和面孔隙率均较低,均在1%以下,二者之间没有明显差别;对于垂直打印方向的XY面,主要由互成67°交叉的条状微熔池组成,条状微熔池中包含柱状和胞状两种组织,前者主要位于熔池边界,长约几十微米、宽约400 nm,后者主要位于熔池中心位置,尺寸约400 nm;对于平行于打印方向的YZ面,熔池主要呈扇状,扇状熔池内部也包含柱状和胞状两种组织,但分布更加复杂,其中柱状组织贯穿多层熔池生长,XY面与YZ面在微观组织上存在着明显的各向异性。适当的热处理工艺可有效改善组织的各向异性, XY面在800 ℃×2 h热处理后基本可以实现均匀化,而YZ面在900 ℃×2 h处理后才达到均匀化。拥有微纳尺寸结构的增材制造件拥有比传统零件更高的硬度。此外,热处理可使不同方向上的硬度下降,但垂直打印方向上的硬度下降幅度更大。     

电弧功率对MIG电弧增材制造316L奥氏体不锈钢组织及力学性能的影响

采用大功率MIG电弧热源熔化沉积316L奥氏体不锈钢金属焊丝制备试样,研究电弧功率对成形试样组织、力学性能以及断裂行为的影响并分析其机理,为高效、低成本电弧增材制造大型金属构件提供技术基础和理论依据. 结果表明,大功率MIG电弧增材制造316L奥氏体不锈钢内部形成柱状晶并生成δ相和σ相呈蠕虫状分布在γ基体中. δ相分布在晶内和晶界起强化作用. 随着电弧功率从3 763 W增加8 400 W,316L试样晶粒尺寸变大,δ相含量减少而σ相含量增加,使得材料抗拉强度从578 MPa降低到533 MPa,屈服强度从310 MPa降低到235 MPa,断后伸长率从53%降低到44%,断面收缩率从67%下降到60%. 当电弧功率增加到8 400 W时,在晶界上形成较多的σ相,试样断裂模式由较低功率时的穿晶韧窝断裂转变为沿晶韧窝断裂.     

电弧功率对MIG电弧增材制造316L奥氏体不锈钢组织及力学性能的影响

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.     

激光增材制造316L不锈钢退火过程中微观组织演变和力学性能

利用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、拉伸试验机研究了激光增材制造316 L不锈钢退火过程中的微观组织演变和力学性能。结果表明:在700 ℃退火后,鱼鳞状熔池形貌开始随着温度的升高逐渐转变为不规则长条状形貌,在750 ℃退火后,熔池内胞状和长条柱状亚结构转变为球形亚结构组织和三角形的点状凹坑形组织。随着退火温度的升高,晶粒尺寸先减小后增大,位错密度重新排序,胞状亚结构的溶解,亚结构组织,变形组织和大小角度晶界的演变反映着位错密度的降低,导致强度的下降和塑性的增强。在600 ℃×120 min退火时屈服强度为484.2 MPa,抗拉强度为665.6 MPa,伸长率为47.7%,在850 ℃×120 min退火时屈服强度为410.4 MPa,抗拉强度为639.1 MPa,伸长率为59.7%;随着保温时间的延长,变形组织转变为亚结构组织;在650 ℃温度下保温时间由30 min增加到120 min时,亚结构组织由24.1%增多到82.3%;在850 ℃温度下保温时间由30 min增加到120 min时,亚结构组织由24.9%增多到59.2%。     

核电用316L不锈钢零部件电弧增材制造工艺

以316L不锈钢为研究对象,采用冷金属过渡焊技术(Cold Metal Transfer,简称CMT)制备316L不锈钢熔覆层,对160 A,0.7 m/min和180 A,0.7 m/min 2种不同工艺参数,平行堆积和交叉堆积2种制造路径的成形部件进行性能测试研究。结果表明,采用这2种工艺参数成形的试件,抗拉和冲击性能相近,优先采用160 A,0.7 m/min参数。平行堆积打印试件综合性能优于交叉堆积打印试件的,固溶处理后,平行堆积打印试件性能符合NB/T 47010—2017中S31603锻件拉伸和冲击性能要求。     

SUS304奥氏体不锈钢TIG焊电弧增材制造工艺优化

为探索SUS304奥氏体不锈钢TIG焊电弧增材制造的最佳工艺窗口,采用不同沉积工艺参数对SUS304不锈钢进行单道多层墙体成形试验,试验通过改变电弧移动速度、送丝速度和层间冷却时间,研究其对墙体平均宽度和高度的影响,并考察墙体的金相显微组织和力学性能。结果表明,当热输入保持不变时,电弧移动速度和送丝速度相匹配,才能保证沉积过程的稳定;在保持热输入不变的情况下,随着电弧行走速度的增加,沉积层平均宽度从10.54 mm减小到7.5 mm,平均高度从6.75 mm减小到4.16 mm;随着送丝速度的增加,沉积层的平均宽度和高度均增加,其高度增加大约1 mm;随着层间冷却时间的增加,沉积层平均宽度明显增加,从层间冷却时间为2 min的10.54 mm增加到5 min的11.6 mm,高度变化不大,均在6.5 mm左右;沉积墙体的显微组织出现明显的方向性,主要由大量奥氏体和少量铁素体组成;相比于SUS304母材而言,x和z方向的抗拉强度均有所下降,约为母材的82.5%,且x方向的断后伸长率大于z方向。     

焊接模式对电弧增材制造316不锈钢组织及力学性能的影响

基于冷金属过渡、冷金属过渡-脉冲以及直流脉冲三种焊接模式,开展了316不锈钢单道多层薄壁试样的电弧增材制造,并对试样进行了组织与性能的对比分析.结果表明,三种模式下成形构件均无塌陷和宏观气孔现象,凝固组织以柱状树枝晶为主,并伴随有大量的二次枝晶、胞状晶,通过金相观察和背散射电子衍射技术发现,组织表现出强<001>//z织构,构件中段稳态区的平均枝晶间距随不同焊接模式下的热输入变化而变化：由小到大依次为CMT—CMT-P—DC-P.通过X射线衍射和扫描电镜-能谱分析确定基体组织为γ-Fe(Cr_0.19Fe_0.7Ni_0.11),基体间网状组织为残余δ-Fe.CMT-P模式下的构件强度最高,屈服强度达237 MPa,抗拉强度达555 MPa,平均硬度值达209 HV0.3,DC-P模式构件的断后伸长率最高达52%.     

不同路径下316不锈钢电弧增材组织和性能

以316不锈钢为材料,探讨了平行往复、“十”字正交、插补堆积三种不同路径下TIG电弧增材试件微观组织及力学性能的差异. 结果表明,三组试件中部组织存在明显差异,平行往复试件树枝晶粗大发达,生长方向高度一致. “十”字正交试件树枝晶生长方向多,枝晶紊乱,层间过渡区域大. 插补堆积试件二次枝晶不发达,组织细密. 在显微硬度方面,三组试件的维氏硬度自底板至顶部呈现先减小后增大的趋势,平行往复试件显微硬度最大. 在拉伸性能方面,平行往复试件纵向抗拉强度最高,纵向受力时可采用该方式增材. 插补堆积试件横向抗拉强度最高,横向受力时可采用该方式增材. “十”字正交试件力学性能表现出各向同性,多向受力且对塑性要求较高时可采用该方式增材.     

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...     

丝材感应预热对电弧增材制造铝合金薄壁构件组织和性能的影响

铝合金电弧增材制造过程稳定性不足,精度较低,容易产生各种缺陷。为优化铝合金增材制造工艺,研究了丝材感应预热工艺对铝合金电弧增材制造的优化作用与效果,以TIG电焊机为热源,采用ER4043焊丝在纯铝基板上增材制造薄壁构件,探索感应预热焊丝工艺参数对成形件微观组织与硬度的影响。经过单道试验和增材制造薄壁试样,得出热丝工艺的堆积效率相较于冷丝工艺增加了11.1%,成形形貌更加均匀,气孔数量大幅减小,硬度增加了25%～35%。感应预热焊丝工艺对铝合金增材制造技术的优化效果显著。     

固溶及双时效处理对增材制造316L不锈钢组织性能的影响

采用激光选区熔化技术制备了316L不锈钢,并对其进行了固溶及双时效处理,利用光学显微镜、X射线衍射仪、电子万能试验机和显微硬度仪等研究了316L不锈钢热处理后的组织和性能.结果 表明:选区激光熔化成形的316L不锈钢试样的相邻熔池搭接紧密,搭接边界清晰,微观组织主要是生长方向各异的胞状晶;经固溶及双时效处理后,316L...     

TIG电弧增材制造5356铝合金微观组织与拉伸性能

针对TIG电弧增材制造5356铝合金试样不同区域微观组织及性能变化开展研究.结果表明,试样结合层与沉积层水平交替呈现,底部区域沉积层宽度最大(～2.4 mm),中间稳定区最小(～1.6 mm);沉积层组织均以等轴晶为主,在灰色基体上弥散分布黑色β-Al3Mg2第二相,并伴有少量Mg2Si和(FeMn)Al6金属间化合物,结合层存在大量气孔及缩孔等缺陷;底部区域沉积层晶粒尺度最小,而结合层缺陷最多.不同区域水平方向强塑性无明显差异(R m=274 MPa, A=32.3%),垂直方向强度与水平方向近似相等,但断后伸长率下降到26%,两个方向拉伸断口均以等轴韧窝为主.3个区域沉积层硬度值稳定,底部沉积层硬度值略高于其余区域,而结合层硬度值波动明显.     

5356铝合金TIG电弧增材制造组织与力学性能

采用钨极惰性气体保护焊(TIG)电弧增材制造工艺制备5356铝合金成形件,并对成形件的组织和力学性能进行研究.结果表明,5356铝合金增材制造的相组成为α-Al基体和β(Al3Mg2)相;随沉积高度增加,沉积层显微组织由等轴晶向柱状晶转变,达到热平衡状态后趋于稳定,这是因为增材制造具有热积累效应;最顶层组织呈现树枝状,...     

热处理对电弧增材制造马氏体沉淀硬化不锈钢组织性能的影响

马氏体沉淀硬化不锈钢在增材制造过程中,由于反复的热循环和热积累,材料的组织和性能可能会出现不均匀或缺陷。以自研药芯焊丝为原材料,采用电弧增材制造技术制造马氏体沉淀硬化不锈钢结构件,由于电弧增材过程中受到复杂的热循环,因此增材件组织不均匀,导致机械性能下降。采用固溶、时效以及固溶+时效三种热处理工艺对结构件进行处理,并利用金相显微镜、扫描电子显微镜、维氏硬度计和拉伸试验机等设备对试样的显微组织、成分、硬度和拉伸性能进行分析。结果表明,热处理态试样组织转变为马氏体且伴有强化相析出,其中固溶+时效处理效果最佳,极限抗拉强度与硬度分别达到1 048.53 MPa与423.5 HV,相比于沉积态分别提升了211.53 MPa与106.8 HV。但热处理态试样的断后伸长率相比于沉积态试样的有所降低。     

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.     

激光功率对SLM增材制造316不锈钢组织与性能的影响

利用不同激光功率的选择性激光熔化(SLM)增材制造技术制备了316不锈钢试样,利用光学显微镜、电子背散射衍射(EBSD)、维氏硬度计等分析了试样的晶体学特征和硬度。结果表明,随着激光功率的降低,试样析出相数量呈下降趋势,但输入能量低,熔池冷却速率高,枝晶的临界形核半径小,凝固时的形核率及形核数量高,有利于晶粒细化和等轴晶的生成,表现出高硬度。高激光功率下试样表现出高取向度的纤维织构,而低功率下表现出低取向度的立方织构。激光功率为320 W时,试样的主要织构为{110}<110>和{112}<111>;激光功率为290 W时,试样的主要织构为{112}<110>和{112}<111>;激光功率为260 W时,试样的主要织构为{001}<110>。     

304不锈钢冷金属过渡电弧增材制造组织及力学性能

开展了不同填充速度的不锈钢冷金属过渡电弧增材制造试验,实施了构件不同位置的拉伸试验并且分析了断口形貌,探讨了构件微观组织特征。 结果表明,冷金属过渡电弧增材制造是一种可行的金属增材制造工艺;由于构件在垂直方向的微观组织不均匀,水平拉伸的屈服强度和抗拉强度均高于垂直拉伸;随着送丝速度增加,扫描的热输入增加,熔化区的二次枝晶间距变大,抗拉强度降低。     

TIG电弧增材熔池行为的数值模拟研究现状

TIG(钨极惰性气体保护焊)电弧增材制造由于其材料利用率高、成形效果好等显著优势,已成为制造业研究的热点。本文从数值模拟的角度,着重总结了TIG增材熔滴过渡、热累积和熔池行为3个方面的重要结果。成形工艺参数决定熔滴过渡形式和频率,而熔滴的过渡形式和过渡频率直接影响沉积层的成形质量;热累积影响着成形件的微观组织和应力,可通过控制层间冷却时间来减少热累积;在进行TIG增材熔池数值模拟时,多选择高斯热源和双椭球热源模型。基于以上对TIG电弧增材制造的分析研究,对TIG电弧增材制造的研究方向进行了展望,主要包括建立熔滴与熔池的物理耦合模型和改进电弧热源模型两方面。     

电弧增材制造的304LN微观组织与力学性能研究

文中采用电弧增材制造技术加工得到304LN不锈钢,并对其微观结构和力学性能进行研究。用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射仪(EBSD)对材料的微观组织进行观察;对试样进行单轴拉伸力学性能试验,同时选取传统铸造工艺得到的304LN与电弧增材制造的304LN的微观组织和力学性能进行对比。结果表明：电弧增材制造(WAAM)技术加工得到的304LN层与层之间存在晶轴晶区的过渡层,1%左右的球状铁素体均匀分布在奥氏体基体上,并存在晶内和晶界2种铁素体,与传统铸造304LN相比,电弧增材制造的304LN奥氏体基体晶粒更大且为柱状晶,电弧增材制造的304LN具有明显的[001]织构,这导致了电弧增材制造的304LN弹性模量远低于铸造等传统方式制造的304LN不锈钢的。