关键词： 增材制造   316L奥氏体不锈钢   显微组织   力学性能  

摘要： 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3763 W增加8400 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8400 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.

关键词： 5356铝合金   电弧增材   微观组织   强塑性  

摘要： 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.

关键词： 直线促动器   电弧增材   同步锤击   晶粒细化  

摘要： 内部缺陷、晶粒粗大等因素引起的力学性能降低是电弧焊接和增材制造面临的主要挑战之一。电弧增材过程辅以同步的微区锤锻、冲击是改善、解决此问题的可行思路。为此,文中提出了一种基于紧凑小型直线促动器的随焊微锤锻技术,具有体积小、位移分辨率高、响应速度快、输出力大且频率高等优点。通过定点焊配合延时锤击模拟验证了同步锤击对高温凝固区域的作用效果,通过定点焊配合同时在焊点附近锤击模拟验证了锤击振荡熔池的作用效果。研究表明,加入锤击作用后晶粒均得到了一定程度细化,可观察到粗大的柱状晶转变为细小的等轴晶。锤击频率和锤击力大小均对锤击效果有较大影响。

关键词： 电弧增材制造   数值模拟   熔池   FLUENT软件  

摘要： 为了分析研究基于MIG的电弧增材制造过程中熔池的特性,采用VOF方法和焓-孔隙度方法分别追踪熔池自由表面和融化凝固界面,考虑熔池表面动态变形,建立了随熔池表面变动的自适应双椭球热源、电弧力及电磁力模型,同时考虑熔滴过渡的影响。基于FLUENT软件进行了电弧增材制造熔池在凸曲面上形成的数值模拟。分析结果表明,电弧增材制造熔池在电弧压力作用下呈现出熔池前方低,熔池后方高的锲型形态,熔池在凸面上形成时有向两侧流淌的趋势,并通过实验结果与模拟结果对比,验证了模型的准确性。

关键词： 增材制造   冷金属过渡   显微组织   显微硬度   拉伸性能  

摘要： 采用机器人辅助冷金属过渡电弧增材制造技术制备五层十五道结构的H13钢块体,研究了沉积块体的表面质量、显微组织和力学性能。结果表明:H13钢块体表面无宏观裂纹;块体主体区组织为晶粒取向均匀的针状马氏体,搭接区组织由晶粒取向杂乱的针状马氏体和不规则铁素体组成;块体主体区的平均显微硬度为479HV,远高于退火态H13钢的(254HV),而搭接区因存在铁素体,其硬度明显降低,平均值仅为381HV;冷金属过渡电弧增材制造H13钢块体的整体拉伸性能优于退火态H13钢的。

关键词： 热锻模具   药芯丝材   梯度结构   电弧增材制造  

摘要： 设计了用于5CrNiMo钢表面电弧增材制造梯度结构(打底层、过渡层、硬面层)的3种药芯丝材,研究了基体及梯度层的显微组织、拉伸性能、磨损性能和结合性能,并对发动机高温合金盘用梯度结构模具进行了电弧增材制造。结果表明:3种药芯丝材均具有良好的成形性,不同金属层界面结合良好,结合强度均高于1000MPa;过渡层和硬面层组织中弥散分布着细小的碳化物;5CrNiMo钢、打底层、过渡层、硬面层的抗拉强度、屈服强度和硬度依次增大,而梯度层的断后伸长率和断面收缩率依次减小;700℃下,硬面层的磨损率较5CrNiMo钢的降低了35.29%,硬面层具有良好的耐高温磨损性能;使用设计的药芯丝材电弧增材制造的高温合金盘用梯度结构模具的使用寿命为单一5CrNiMo钢模具的4倍以上。

关键词： 电弧增材制造   NiTi形状记忆合金   微观结构   相变特征   力学性能  

摘要： 基于电弧增材制造(Wire arc additive manufacturing,WAAM)技术,以NiTi丝(Ni 50.50 at.%)为堆积材料制造形状记忆合金薄壁构件,研究其组织成分、相变特征和力学性能。结果表明,由于不同的热循环条件,沿试样高度方向上每道沉积层微观结构不同,第一沉积层为较大的等轴晶,随着热量累积,晶粒生长趋向为更细小的等轴形态,层间为柱状晶。室温下,试样是奥氏体相(Ni51.10at.%),与丝材相比,电弧增材制造的构件硬度较高且具有更宽的温度变化范围和相变滞后现象。试样拉伸强度约为611.30MPa,延伸率约为19.50%,具有较好的断裂韧性。试样在第一次加载-卸载循环时塑性应变仅为1.01%,8个循环后塑性应变趋于稳定,约为2.68%。

关键词： 电弧增材制造   同向堆积   外形控制  

摘要： 电弧增材制造由于其高堆积速率、高材料利用率、低设备费用及可制造大型构件的能力而广受关注,但由于电弧增材制造在同向堆积时存在起弧处堆积高、熄弧处堆积低的问题,影响了电弧增材构件的外形精度。基于现有设备,通过优化电弧增材制造过程中的堆积策略,从而显著改善堆积件的外形精度。相较于未优化,优化后的堆积件起弧处相较于正常段高度降低20.5%,熄弧处相较于正常段高度增加44.5%,起弧处与熄弧处的高度差减少36.4%。

关键词： 聚焦评估   形貌测量   评估算子   增材制造  

摘要： 针对聚焦形貌测量提出了一种组合式的像素点清晰度评价算法。对于有序点云缺失点的插补,使用基于三次B样条的方法,来进行插补,通过实验证明该方法能够有效的补齐缺失点,以得到完整的点云数据。根据聚焦形貌恢复技术原理,搭建了一套完整的硬件,通过精度验证实验,测量设备在10X倍率下的测量精度在742.9nm。并对铝合金电弧增材制造件进行了表面形貌测量,可清晰观察其表面形貌,检测其缺陷。实验结果表明提出的方法兼具恢复的高精度性及有效性,应用此方法可以完成微观形貌的表面三维参数的测量分析。

关键词： CMT电弧增材制造   多道搭接   表面质量评价   高氮钢  

摘要： 针对电弧增材制造成形问题,提出基于三维表面粗糙度参数的零件表面质量评价方法.以高氮钢为例,采用CMT工艺进行多道搭接试验,通过三维扫描设备提取零件表面信息,计算表面轮廓均方根偏差Sq和轮廓偏斜度Ssk,对比计算所得数据与实际表面成形情况,并利用所提出的方法研究了增材制造过程中电弧摆宽对多道搭接表面质量的影响.结果表明,此评价方法所得数据规律与实际成形情况基本吻合,具有较好的适应性和科学性.根据数值Sq和Ssk大小可将成形表面质量由优到差分为A,B,C,D 4个等级.电弧增材制造的热输入和电弧摆宽对成形表面质量影响较大.在热输入较大时,电弧摆宽为15和10 mm时,熔敷焊道余高小、宽高比大,搭接成形更好.