关键词： 增材制造   电弧增材   增材热源   轨迹规划  

摘要： 电弧增材制造技术因其优异特性在科研和工业装备领域备受关注,在航空航天和武器装备等高端装备制造领域显示出巨大的应用潜力.电弧增材热源是用于熔化金属丝材的重要能量源,是电弧增材制造的核心之一,而电弧热源的稳定性和控制精度直接影响到金属丝材的熔化质量,热输入量决定构件的成形效率.轨迹规划则是电弧增材制造中另一个至关重要的核心技术,直接影响构件的成形质量和性能.文中概述了近年来多电极耦合电弧、主动约束电弧和多能场复合电弧等电弧增材热源以及轨迹规划方面的研究进展,并对未来研究方向做出展望.

关键词： Tensile testing  

摘要： The microstructure and mechanical properties of forge+"wire arc additive manufacturing" (WAAM) hybrid manufactured TC11 titanium alloys were investigated by microscope observation, tensile test, SEM observation, microhardness measurement and statistical analysis in this paper. The results show that the hybrid manufactured samples can be divided into three parts: the WAAM region, the heat-affected region, and the forged region according to the structural characteristics. "Elongated equiaxed grains–fine equiaxed grains–columnar grains" distribution characteristic is presented from forging region to WAAM region in both as-deposited and heat-treated samples. The as-deposited microstructure changes from thick Widmanstatten structure in the forged region to fine basketweave in the WAAM region. After double annealing, basketweave transforms into a bimodal structure caused by the recrystallization in the forged region. The microstructure in the WAAM region remains basketweave with larger platelet α. The results of the mechanical properties test show that all fractures occur in the WAAM region because of the lower strength caused by dislocation and grain boundary. The comprehensive mechanical properties of hybrid manufactured TC11 samples are between WAAM samples and forged samples, which show the characteristics of low strength and high plasticity. © 2024 Aeronautical Manufacturing Technology Magazine Office. All rights reserved.

关键词： 电弧熔积   数值模拟   变位磁场   传热流动   电弧增材制造  

摘要： 目的研究变位磁场强度对变位磁场作用下电弧熔积中电弧和熔池传热与流动的影响规律与机理。方法基于流动动力学方程(麦克斯韦方程组、动量守恒方程、连续方程、能量守恒方程),建立了变位磁场作用下TIG电弧-熔池耦合的数值模型,对比分析了外加不同强度的变位磁场对电弧与熔池传热传质的影响规律与机理。结果外加变位磁场使电弧发生偏移,电弧等离子体具有偏向一侧与旋转的流动趋势,熔池的整体形貌向x正方向与y负方向发生偏移,熔池除了具有中心向外流动趋势以外,还具有偏向一侧与围绕中心旋转的趋势。随着变位磁场强度的增大,电弧与熔池整体形貌偏移量增大且偏向一侧与围绕中心旋转的趋势增强。结论外加变位磁场可使电弧发生偏移,且变位磁场强度增大,电弧与熔池整体形貌偏移量增大。

关键词： TC4钛合金   电弧增材制造   固溶时效处理   微观组织   力学性能  

摘要： 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,为降低增材制造TC4构件力学性能各向异性提供参考。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℃/1h/炉冷+600℃/2h/空冷;SA2,870℃/1h/炉冷+600℃/2h/空冷)试验对电弧增材制造TC4钛合金进行了热处理。然后通过扫描电镜(SEM)进行微观组织形貌和断口形貌观察,以及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(αGrain Boundary,αGB)和集束组织构成。AT并未消除马氏体α'相,但延展性获得改善。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,其中沉积态试样的力学性能各向异性值(IPA)分别为4.82(UTS)、0.96(YS)、28.7(EL)。SA2样品的各向异性值(IPA)分别为0.3(UTS)、0.42(YS)、5.56(EL)。结论固溶时效处理有助于改善电弧增材制造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。

关键词： AZ31镁合金   电弧增材   退火处理   阻尼性能   力学性能  

摘要： 为了探索热处理优化电弧增材镁合金阻尼性能的方案,对TIG电弧增材AZ31镁合金进行了去应力退火和完全退火4、5 h处理,并对原始试样和退火后的试样微观组织、阻尼性能和力学性能进行了对比分析。研究表明:与原始增材试样相比,所有退火后的试样在低振幅下的阻尼性能均有所下降,当振幅超过20μm后阻尼性能有所提升;但去应力退火试样在超过20μm后的阻尼性能提升较小,完全退火4、5 h试样的阻尼性能相近,均比原始增材试样有所提升,表明退火时长对阻尼性能影响不大。在力学性能方面,去应力退火和完全退火4 h的试样的抗拉强度与原始试样相差不大,完全退火5 h的试样略有下降,去应力退火试样的伸长率与原始试样的伸长率相差不大,但是完全退火试样的伸长率均得到了提升。

关键词： 液氮温区   N50不锈钢   TIG增材制造   析出相   夹杂物  

摘要： N50不锈钢具有优异的低温性能,有希望应用于磁约束核聚变线圈盒的结构中。为提高材料利用率,本文利用TIG增材工艺制造N50不锈钢,研究Mn含量对电弧增材组织与液氮温区(77 K)力学性能的影响。从物相组成、微观组织、夹杂物等角度分析了Mn对低温力学性能的影响规律。研究结果表明:Mn元素对材料低温塑韧性产生较明显的影响,Mn含量升高造成77 K下N50不锈钢的断后伸长率从28%降低至24%,冲击韧性从11.0 J降低至3.6 J。

关键词： 铝合金   电弧增材制造   搅拌摩擦加工   晶粒细化   气孔缺陷   残余应力  

摘要： 高性能铝合金兼具轻质、高强、耐腐蚀等优点,在航空航天和汽车制造等工业领域应用前景广阔。电弧增材制造技术集成形效率高、原材料和设备成本低、环境适应性强等优点于一身,在大尺寸铝合金构件制备方面具有显著优势。但复杂热循环导致的晶粒粗大、组织不均匀、残余应力和气孔缺陷等问题,给电弧增材制造铝合金带来了挑战。搅拌摩擦加工技术具有良好的组织细化、均匀化和致密化效果,已作为同步调控或后处理手段用于铝合金的增材制造中。针对近年来搅拌摩擦辅助电弧增材制造铝合金的装备系统、工艺参数、组织结构和力学性能等方面进行了综述,并分析了搅拌摩擦辅助电弧增材制造技术的形性调控机理,最后对复合增材制造技术的发展趋势进行了展望。

关键词： 电弧增材制造   AlCuMnZr铝合金   气孔缺陷   热等静压   CT技术  

摘要： 研究了电弧增材制造(Wire and Arc Additive Manufacture,WAAM)高强AlCuMnZr合金的气孔缺陷形成机理及其控制方法。基于三维CT图像分析技术,对采用自然空冷(AC)、基板强制水冷(WC)及热等静压(HIP)后处理的薄壁件气孔缺陷分析。结果表明:AC/WC/HIP试样的气孔率分别为1.29%、1.21%、0.45%。HIP处理可有效降低气孔率并提升合金力学性能。基板自然空冷下WAAM成形AlCuMnZr合金经HIP处理后,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为(270±18)MPa、(150±8)MPa和(9±1)%。

关键词： 电弧增材制造   位错动力学   蒙特卡洛模型   晶体塑性模型   力学性能  

摘要： 为了研究电弧增材制造中材料的各向异性力学行为,本文建立了双椭球热源模拟电弧增材制造过程中的温度场,建立Monte Carlo模型模拟增材层截面微观组织的变化,建立晶体塑性模型表征晶粒形貌对材料力学行为的影响规律,从而修正位错动力学模型,得到基于晶粒形貌特征的电弧增材制造中各向异性的力学行为数值模拟方法。修正后的位错动力学模型可以很好地反映出电弧增材制造工艺特征导致的材料各向异性行为,且与试验结果一致。电弧增材制造构件在增材高度方向上的力学性能显著低于热源移动方向的力学性能,在增材高度方向上和热源移动方向上晶粒尺寸比达到7.5 mm/1.3 mm时,屈服强度比达到787.8 MPa/865.2 MPa。钛合金在600℃以上出现明显的材料软化,这主要是晶粒球化导致的。

关键词： 三丝间接电弧   增材制造   路径   显微组织   力学性能  

摘要： 以低碳钢为材料,采用三丝间接电弧为热源分别在平行顺序、平行往复、十字交叉3种不同路径下进行多层多道增材制造,对比研究了不同路径下试样的显微组织和力学性能。结果表明,3种方式增材试样显微组织存在明显差异,底部组织均为细小的等轴晶,中部组织出现了不同程度的粗大柱状晶,顶部组织分别为树枝晶、等轴晶和柱状晶;在显微硬度方面,3种堆积方法的平均硬度分别为265HV,227HV,209HV;在拉伸性能方面,平行顺序试件纵向抗拉强度最高,平行往复试件横向抗拉强度最高,且该试件的断后伸长率最高,塑性优于其他2种试件;拉伸试样断口形貌表明断裂方式均为韧性断裂,但韧窝尺寸与断裂平台形貌不一致,性能表现与拉伸性能图一致。