关键词： 船用高强钢   电弧增材制造   热输入   针状铁素体   马氏体-奥氏体组元   力学性能  

摘要： 采用冷金属过渡(CMT)技术+脉冲(P)电弧增材制造工艺制备了不同热输入的590 MPa(屈服强度)级船用高强钢构件,利用OM、SEM、EBSD和TEM等方法研究了热输入对成形构件组织与力学性能的影响。结果表明,热输入为5.6 kJ/cm时,构件显微组织主要为上贝氏体和粒状贝氏体,马氏体-奥氏体(M-A)组元面积分数约为14.82%,有效大角度晶界(晶界角度α>45°)长度占比为36.3%,构件在横向和纵向的抗拉强度分别达到843和858 MPa,平均硬度为286 HV,但其-50℃冲击吸收功分别仅为15和16 J;而当热输入增加至13.5 kJ/cm时,低冷却速率和高有效夹杂物(夹杂物尺寸d>0.4μm)含量促使增材制造构件组织中形成大量针状铁素体,同时还出现了板条贝氏体和少量粒状贝氏体,M-A组元面积分数降低至4.21%,有效大角度晶界长度占比增至52.4%,构件在横向和纵向的抗拉强度分别降低至723和705 MPa,与此同时,构件平均硬度也降低至258 HV,但其低温冲击吸收功大幅提高,分别达到了109和127 J,约是低热输入条件下构件低温冲击吸收功的7~8倍,冲击断裂特征也由准解理断裂转变为典型的韧性断裂。

关键词： 交流辅助   电弧增材制造   微观组织   力学性能  

摘要： 以等离子弧为热源,采用交流辅助的方法进行钛合金逐层熔丝增材制造,研究外加交流电流对增材件的微观组织和性能的影响,通过高速摄像观察外加交流电流对熔滴尺寸及熔滴过渡的影响,测量堆垛形貌的粗糙度,观测堆垛层的组织和显微硬度,分析辅助交流电流对堆垛层的压缩性能影响.结果表明,外加交流电流会形成比较明显的交流电弧,并促使等离子弧摆动,对熔池起到振荡作用.改善增材件的表面平整度以及增材件的晶粒尺寸,且晶粒尺寸随外加辅助交流的增大而变小,从未加交流到外加交流电流为30A,晶粒尺寸减少了43.4%.同时,外加交流电流可以明显提高增材件的硬度以及塑性,当外加交流电流为30 A时,硬度为454.15 HV,压缩应变为0.280%,未加交流电流时硬度为406.45HV,压缩应变为0.110%,压缩应变比未加交流电流时提高了2.5倍.创新点:研究了交流辅助对电弧增材制造钛合金过程中的电弧形貌以及对增材件的晶粒尺寸、微观组织与性能的影响规律.

关键词： 超声冲击   2219铝合金   电弧增材制造   有限元分析  

摘要： 采用有限元分析方法对附加超声冲击下电弧增材制造2219铝合金的过程进行数值模拟,并研究了其应力场变化以及工件变形情况的变化.结果表明,附加超声冲击能使多层多道沉积过程中沉积件边缘处以及基板中靠近沉积件的区域的应力集中程度下降.多层多道沉积过程中附加超声冲击能有效降低沉积件内部的应力.在附加超声冲击后道间交界处的应力范围由156.1~211.6 MPa下降至138.8~181.9 MPa,表面平均残余应力下降22.3%.附加超声冲击下,多层多道电弧增材构件最大变形量由0.61 mm下降至0.53 mm,平均变形量由0.33 mm下降至0.27 mm.试验实际测量所得的与有限元计算的多层多道沉积件上表面的应力分布规律相近,证明模拟结果的可靠.创新点:(1)建立了多层多道电弧增材有限元模型,并合理地简化超声冲击载荷.(2)利用超声冲击可显著降低电弧增材制造残余应力和变形.

关键词： 电弧增材制造   Al-Zn-Mg-Cu合金   电弧模式   微观组织   力学性能  

摘要： 使用CMT-PADV、CMT-ADV和CMT-P三种电弧模式电弧增材制造(WAAM)了Al-Zn-Mg-Cu合金直壁墙,探究了不同电弧模式对直壁墙显微组织和力学性能的影响。结果表明,三种电弧模式下的WAAM直壁墙均由粗大柱状晶构成,晶界上分布着连续的Mg(Al,Zn,Cu)_(2)共晶相,并且气孔率较高。粗大的柱状晶和晶界上连续的共晶相使直壁墙水平方向的拉伸性能,尤其是延伸率较差,并且其拉伸试样的断裂行为以沿晶断裂为主。CMT-PADV模式下直壁墙水平方向的拉伸性能最好,主要原因是该模式下直壁墙的气孔率最低,且柱状晶生长方向与拉应力方向的夹角最小。

关键词： 电弧增材   核级316L不锈钢   冷金属过渡   微观组织  

摘要： 采用冷金属过渡电弧增材方法制备了核级316L奥氏体不锈钢试件,分析了试件不同区域的组织特征以及耐晶间腐蚀性能。结果表明:焊道区和热影响区主要由奥氏体、δ铁素体组成,且均呈柱状树枝晶生长特征,铁素体含量分别为16.1%和12.8%,其中热影响区中骨架状的铁素体二次枝晶含量明显多于焊道区的。试件的底部、中部以及顶部组织特征存在差异,且一次枝晶臂间距沿堆积高度方向增大。按照核电设计规范的要求对试件进行耐晶间腐蚀试验,未出现裂纹,耐晶间腐蚀性能满足要求。

关键词： Al-Mg合金   WAAM   热输入   显微组织   力学性能  

摘要： 为研究不同热输入对CMT电弧增材制造Al-Mg合金的组织与性能影响,以5356铝合金为原材料,制备不同热输入下的双道多层堆积体,对试样的气孔、显微组织及力学性能进行分析。结果表明:随热输入增大,宏观气孔(X光可见)数量先减后增,尺寸基本保持不变,微观气孔(金相组织可见)数量不断增多,尺寸不断增大;晶粒尺寸基本不变,析出相不断增多,同时在层间聚集;横向力学性能逐渐降低,纵向力学性能先增后降。当热输入为198 J/mm时,无宏观气孔,层间出现连续微观气孔,析出相均匀分布,综合力学性能最佳,横向抗拉强度为280 MPa,纵向抗拉强度为279 MPa,综合力学性能最佳。最终确定热输入为198 J/mm,CMT工艺WAAM Al-Mg合金的综合力学性能最佳,热输入过高或过低都对合金不利。

关键词： 电弧熔丝增材制造   低活化铁素体/马氏体钢   热处理   显微组织  

摘要： 采用电弧熔丝增材制造(wire and arc additive manufacturing,WAAM)技术制备了低活化铁素体/马氏体钢(reduced activation ferrite/martensite steel,RAFM钢),通过光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等观察微观组织变化,通过拉伸试验进行力学性能测试,研究了热处理工艺对其微观组织和力学性能的影响.结果表明,打印态的RAFM钢微观组织为铁素体+回火马氏体的双相组织,平均晶粒尺寸约为1.51μm.经过热处理,RAFM钢的晶粒尺寸没有明显增长(1.84μm),并在微观组织中保留了高密度位错.此外,热处理后高数密度TiO2二次相纳米颗粒在基体中析出,并弥散分布在基体中,其尺寸在5~10 nm.热处理后的RAFM钢抗拉强度显著提高,断后伸长率略微下降,其室温抗拉强度为1080 MPa,在650℃下测试的抗拉强度仍可达285 MPa.创新点:(1)系统研究热处理对电弧熔丝增材制造低活化铁素体马氏体钢的相组成、晶粒尺寸、析出相的影响.(2)阐明热处理对电弧熔丝增材制造低活化铁素体马氏体钢力学性能的强化机制.

关键词： 双丝间接电弧   增材制造   Al-Mg-Cu合金   微观组织   力学性能  

摘要： 提出了一种新型异质双丝间接电弧增材制造(TWIA-AM)方法,同步送进ER2319和ER5356两种焊丝,制备了Al-3.5Mg-1.7Cu合金试样,并对沉积的Al-3.5Mg-1.7Cu铝合金试样的组织和力学性能进行了研究.结果表明,Al-3.5Mg-1.7Cu合金试样第二相主要由Al,Mg和Cu元素组成,为α-Al相和S相(Al2CuMg),晶粒形态在层间区域呈现粗大的柱状晶,层中心区域为等轴晶和细小的胞状晶组成;试样平均硬度为73.7HV,存在周期性低硬度区.试样平行增材方向(BD方向)、垂直于增材方向的平均抗拉强度和断后伸长率分别为225,235 MPa和9.0%,13.0%,力学性能表现为各向异性,观察断口形貌呈现典型的韧性断裂特征.创新点:提出了一种新型的异质双丝间接电弧增材制造方法,实现了Al-Mg-Cu合金的增材制造原位合成.

关键词： 电弧增材制造   轮廓偏置   布尔运算   缺陷识别   混合路径规划  

摘要： 传统轮廓偏置路径规划方法具有较高几何还原度,适合电弧增材制造中等尺寸的复杂零件,但轮廓连续偏置过程中的退化现象易形成欠填充区域,进而导致缺陷,形成待优化区.针对上述问题,提出了基于布尔运算的待优化区域精确识别方法.将原始多边形与经过正反两次等距偏置的回溯多边形进行布尔差运算,可获得需要优化的缺陷区域,将待优化区域过滤与合并,重新构建为骨架填充区.结合最小矩形框确定每个骨架填充区的最优填充方向并生成往复直线路径,最后将轮廓偏置路径重新分类分区连接为连续成形路径,并按照骨架填充区成形路径优先打印原则输出为机器代码.后续成形试验采用机器人电弧增材制造系统打印了螺旋桨零件,结果表明,零件成形尺寸达到预期,且表面不存在传统轮廓偏置法中的成形缺陷,证明文中方法具有较高的可行性与适用性.创新点:(1)提出了一种骨架填充方法来准确识别和过滤传统轮廓偏置法中的待优化区域.(2)基于布尔运算的待优化区域精确识别方法,既保留了传统方法的优点,又减少了起熄弧次数.