关键词： 镁基复合材料   增材制造   选区激光熔化   电弧增材制造   力学性能  

摘要： 镁基复合材料通过基体与增强体的协同配合,克服了传统镁合金绝对强度和刚度较低、承载能力较差的难题,而增材制造技术的强成形能力、高制备精度、短制备周期为定制复杂结构且组织均匀的镁基复合材料提供可能。因此,本文从镁基复合材料的组成出发,简单介绍传统制备方式后,归纳梳理了镁基复合材料增材制造技术的研究进展,总结不同制造过程中工艺参数对成形件组织和性能的影响规律,最后在分析所存在的问题和挑战的基础上,对镁基复合材料增材制造技术未来的研究方向进行聚焦和展望。

关键词： 螺栓连接   电弧增材制造   金属3D打印   破坏模式   设计方法   承载力  

摘要： 电弧增材制造(WAAM)因具有合理的打印精度、较低的时间成本以及可生产大型复杂形状结构等优点,逐渐成为建筑行业一种有潜力的制造工艺。为了研究由于制造工艺和材料性能的差异引起的WAAM螺栓连接的基本力学性能差异和对WAAM钢的材料性能和螺栓连接的力学性能进行试验研究。共制作了24个不同打印方向的材性拉伸试件和72个不同尺寸、剪切面数与打印方向的WAAM螺栓连接试件。采用三维激光扫描技术测量试件尺寸,并进行静力拉伸试验和剪切试验。分析WAAM螺栓连接的破坏模式和承载力,研究打印方向对试验结果的影响。通过比较螺栓连接的破坏模式和承载力,进一步研究已有规范及文献计算方法对WAAM螺栓连接的适用性。结果表明:拉伸试件和螺栓连接试件在试验中均呈现各向异性现象,承载力的差异分别达到了10%和20%,材料各向异性对破坏模式产生了一定影响,导致有40%的具有相似尺寸但打印方向不同的成对试件呈现不同的破坏模式;由于WAAM钢材具有各向异性的特性及现有设计方法中未考虑倾斜承压破坏和端部撕裂两种破坏模式,使得现有规范无法准确预测WAAM螺栓连接的破坏模式和承载力。

关键词： 低碳马氏体不锈钢   电弧增材   热处理   不均匀性   各向异性  

摘要： 采用冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)电弧熔丝技术制备了低碳马氏体不锈钢薄壁构件。为研究热处理工艺对构件微观组织和力学性能均匀性的影响,采用OM、SEM、EBSD、XRD等技术进行了组织表征,并通过拉伸和硬度试验测试构件力学性能。结果表明,沉积态构件底部为等轴晶,组织为板条马氏体+回火马氏体;顶部为粗大柱状晶,沿构件高度生长,组织为单一板条马氏体。自构件底部至顶部,沉积态构件硬度由314HV上升至361HV;抗拉强度先上升后下降,伸长率由23.5%下降至12.0%。拉伸断裂形式均为韧性断裂,但相比于底部拉伸断口,顶部的韧窝明显更大更浅,表明塑性急剧下降。晶粒形貌、相组成等变化是由随沉积高度增加,热积累增加、冷速下降以及自回火程度降低所导致。因此,沉积态构件的组织和性能存在不均匀性。另外,由构件中部的织构特征和横、纵向力学性能可知,沉积态构件的组织和性能存在各向异性。经热处理后,构件各处的自回火程度差异被消除,相组成全部变为回火马氏体与弥散分布的逆转变奥氏体,因此获得了均匀分布的硬度及拉伸性能。另外,由于热处理过程中发生了奥氏体重结晶,构件的各向异性也被消除。揭示了热处理对电弧增材低碳马氏体构件微观组织与力学性能变化的影响机制,为工程应用提供了指导。

关键词： 工程与技术科学基础学科  

ISBN: (纸本)9787030788498

摘要： 《增材制造：铝合金电弧熔丝增材制造的材料、装备和工艺》是关于铝合金电弧熔丝增材制造(3D打印)的专著。内容包括铝合金丝材的制备技术、工艺流程、装备；铝合金电弧熔丝增材制造的工艺技术、装备；铝合金电弧熔丝增材制造工艺条件的优化、过程机理的研究、结晶过程的研究；铝合金电弧熔丝增材制造产品的组成、组织、结构和性能的分析，铝合金电弧熔丝增材制造零部件的制备等。

关键词： AZ91镁合金   熔滴过渡   显微组织   力学性能   冷弧工艺  

摘要： 采用基于冷弧工艺的电弧增材制造技术(CA-WAAM)制造具有细小等轴晶粒的AZ91镁合金薄壁构件，研究了增材过程中的熔滴过渡行为、增材件的显微组织和力学性能。结果表明，冷弧工艺减少了液桥断裂瞬间产生的飞溅，有效缩短了熔滴过渡周期。试样的显微组织呈现出粗晶和细晶交替分布的层状特征。在逐层沉积过程中，β相优先沿晶界析出和生长，细小的η-Al8Mn5相分散在α-Mg基体中。增材件的力学性能表现出各向同性的特点。试样垂直方向的抗拉强度和伸长率分别为282.7MPa和14.2%。试样硬度分布相对均匀，平均硬度值为69.6HV。

关键词： 紧凑拉伸试件   电弧熔丝增材制造   金属3D打印   疲劳裂纹扩展速率   疲劳断面  

摘要： 对电弧熔丝增材制造（Wire arc additive manufacturing， WAAM）碳钢与高强钢钢板开展疲劳裂纹扩展速率（Fatigue crack growth rate， FCGR）试验。从采用平行路径打印方法生产的名义厚度为8 mm和3 mm的WAAM碳钢钢板以及名义厚度为3 mm的WAAM高强钢钢板上以三种不同角度切取材料加工制成紧凑拉伸（Compact-tension， CT）试件，开展应力比R为0.1的常幅加载疲劳试验。以Paris公式描述疲劳裂纹扩展速率，拟合并总结得出WAAM碳钢与高强钢钢板的Paris公式常数C与m均值与特征值。使用扫描电子显微镜观察试件的疲劳断面，从微观角度分析两种WAAM钢板宏观上疲劳裂纹扩展速率差异的原因。与规范推荐值以及文献中其他钢材的疲劳裂纹扩展速率相对比，讨论指出两种WAAM钢板的疲劳裂纹扩展速率与普通钢材相近，其中WAAM高强钢钢板的疲劳裂纹扩展速率优于WAAM碳钢，并且低于规范推荐的常用均值，这样的现象与其在微观层面上的断面特点相关；疲劳裂纹扩展速率受加载角度的影响不明显；平行路径与振荡路径打印的碳钢钢板疲劳裂纹扩展速率接近，而平行路径打印的高强钢与振荡路径打印相比在疲劳裂纹扩展速率上更为稳定均一。

关键词： Al-Li合金   电弧增材制造   显微组织   硬度  

摘要： 随着航空航天领域对大型轻量化构件的需求日益增加,研发新型Al-Li合金制备技术能够提升制造效率,减轻构件重量。本工作采用一种Al-Cu合金丝材与Al-Li二元合金粉末同步输送的电弧增材制造方法,成功制备了Al-Cu-Li合金试样。利用OM、SEM、XRD、TEM和Vickers硬度仪对试样的晶粒形貌、物相组成进行表征并测量硬度。结果表明,电弧增材制造Al-Cu-Li合金沉积态试样由10~20μm的细小等轴晶组成,且晶界处存在半连续网状共晶θ(Al_(2)Cu)相。增材制造热循环作用还会导致晶界附近析出T_(B)(Al_(7)Cu_(4)Li)相与T_(1)(Al_(2)CuLi)相。T_(1)相主要分布于试样的中部及底部,且随着增材制造热循环次数的增加T_(1)相含量呈上升趋势,试样底部的T_(1)相含量最高。电弧增材制造Al-Cu-Li合金沉积态试样的最大硬度为126.7 HV_(0.1),略高于其他电弧增材制造2219 Al-Cu合金,这主要得益于细小的等轴晶组织以及热循环的作用下所产生的T_(1)相。

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。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℃/1 h/炉冷+600℃/2 h/空冷;SA2,870℃/1 h/炉冷+600℃/2 h/空冷)策略,对电弧增材制造TC4钛合金进行了热处理试验。通过扫描电镜(SEM)进行微观组织形貌和断口形貌观察,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(α Grain Boundary,αGB)和集束组织构成。AT并未完全消除马氏体α’相,但提高了其延展性。经固溶+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。其中沉积态试样抗拉强度、屈服强度和延伸率的各向异性值(IPA)分别为4.82、0.96和28.7。SA2试样抗拉强度、屈服强度和延伸率的IPA分别为0.3、0.42和5.56。结论 固溶时效处理有助于提高电弧增材制造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： 增材制造   电弧微铸锻   GH4169D高温合金   热处理   显微组织   力学性能  

摘要： GH4169D合金作为一种新型的高力学性能和高稳定性的镍基高温合金,在用于制造高性能复杂结构零件方面具有巨大应用价值,但该合金在电弧增材制造中表现出柱状晶粗大、力学性能各向异性等问题。本工作采用电弧微铸锻复合增材制造(hybrid arc and micro-rolling additive manufacturing,HARAM)技术成形GH4169D高温合金试块,并制定多种热处理制度对所成形的试块进行热处理。运用OM、SEM、EBSD、EDS、XRD、TEM等手段以及室温拉伸实验对合金的微观组织和力学性能进行观测和分析,并与常规电弧熔丝增材制造(wire and arc additive manufacturing,WAAM)方法成形的GH4169D合金进行对比。结果表明,HARAM技术中同步轧制的“微锻”作用能有效地使合金原本粗大的柱状晶发生“破碎”。与常规WAAM方法相比,采用HARAM技术所成形合金的室温抗拉强度提高(X向提高48 MPa,Z向提高90 MPa),力学性能的各向异性得到有效抑制。均匀化+固溶+双时效热处理有效消除了HARAM技术成形合金中的Laves偏析相,并促进受“微锻”作用的合金组织发生再结晶,使晶粒比未热处理时更为细小均匀,合金的综合力学性能达到最优(抗拉强度和断后延伸率X向为1366 MPa和25.0%,Z向为1354 MPa和24.6%)。

关键词： 宝马集团   批量生产   材料浪费   压铸件   增材制造   3D打印   能源需求   汽车零部件  

摘要： 丝材电弧增材制造(Wire And Arc Additive Manufacturing,简称WAAM)技术能使3D打印的零件比目前使用传统技术制造类似的压铸件更轻、刚度更高。在德国巴伐利亚州(Bavaria/Bayern)的奥伯斯赫雷斯海姆(Oberschleiβheim)的增材制造园区,宝马集团正在利用MX3D公司的WAAM技术生产金属汽车零部件和工装。当使用WAAM时,零件可以比目前在批量生产中制造的类似压铸件重量更轻、刚度更高。由于更低的能源需求和更少的材料浪费,这些零件也可以更可持续地生产。未来,宝马计划在生产车辆中使用采用WAAM技术制造的零件。