关键词： 7×××系铝合金   电弧增材制造   气孔缺陷   航空航天  

摘要： 高强度7×××系铝合金凭借其优异的力学性能广泛应用于航空航天、汽车等领域。传统的制造技术已难以满足大尺寸复杂7×××系铝合金结构件的高效率、低成本制造的需求。电弧增材制造作为一种新兴的金属增材制造技术,为航空航天大尺寸复杂7×××系铝合金结构件的制备提供了新思路。然而,电弧增材制造成形的7×××系铝合金结构件中仍存在微观组织不均匀、大量气孔、力学性能各向异性的问题,限制其广泛应用。阐述了不同电弧增材制造工艺原理及特点,探讨了微裂纹、气孔等缺陷的形成机理及控制策略。重点讨论了沉积态合金微观组织演变规律及对力学性能的影响,并论述了相应的调控方式。此外,还探讨了热处理、激光冲击强化等后处理工艺对显微组织和力学性能的影响机制。最后对未来电弧增材制备高强度7×××系铝合金零件的发展趋势和研究方向进行了展望。

关键词： 铝合金   增材制造   冷金属过渡   组织调控   缺陷抑制  

摘要： 铝合金因具有比强度高、质量轻、耐蚀性优良等性能，作为轻质高强结构材料已广泛的应用于航空、航天和军工等领域。基于冷金属过渡（CMT）的电弧增材制造（WAAM）技术，生产周期短、效率高、成形性能好，可避免传统铸件中缩孔、疏松、组织不均匀及晶粒粗大等问题，极大地满足了铝合金成形的高要求和广泛应用。然而，由于WAAM热循环特性，制造件中仍然存在气孔、裂纹、不均匀变形等缺陷，对其成形质量和组织性能有较大的影响。为了消除组织缺陷，提高WAAM构件性能，近年来出现了层间轧制、高能超声、搅拌摩擦辅助等新型WAAM技术。本文以Al-Si系ZL114A和Al-Cu系ZL205A铝合金为例，从专用丝材制备、WAAM辅助技术、工艺优化与组织调控、缺陷抑制、性能提升、增材技术应用等方面对近年来国内外铝合金WAAM技术研究进展进行了综述，探讨了强韧化机理，并对其发展趋势进行了展望。

关键词： 电弧增材制造   6061铝合金   微观组织   力学性能  

摘要： 采用电弧增材工艺，系统研究了6061铝合金的组织特征与力学性能。试验中比较电动与手动锤击对焊道的影响，旨在找出最优的锤击方式。试验包括三组不同锤击方式的对照试验，并对各组试样进行组织观察、硬度测试和拉伸试验。结果表明，显微组织的比较中，手动锤击试样的晶粒细化程度优于电动锤击，而未锤击试样最差；组织细化程度呈现上部＞中部＞下部的趋势。硬度分析结果显示，手动锤击试样的硬度最高，其次为电动锤击，未锤击试样最低；且硬度呈现上部＞中部＞下部的规律。在抗拉强度和塑性韧性分析中，手动锤击试样表现最好，电动锤击次之，未锤击试样最差。综上，在组织和力学性能方面，手动锤击优于电动锤击，电动锤击则优于未锤击。

关键词： 激光淬火   增材制造   Ti6Al4V-Cu合金   腐蚀性能  

摘要： 激光淬火技术作为一项表面强化手段,目前已经广泛应用在提升金属材料强度与耐蚀性等领域。为了研究激光淬火对钛铜合金组织与性能的影响,采用新型丝粉协同电弧增材制造技术制备了不同w_(Cu)(2.4%和7.9%)的Ti6Al4V-Cu合金,然后对合金进行激光表面淬火处理。结果表明:随着w_(Cu)升高,网篮状结构更加精细;激光淬火后出现含有α-Ti细小等轴晶体的硬化层,形成细小马氏体结构和稳定致密钝化膜,有效阻止腐蚀性介质向合金内部渗透,显著提升合金的耐蚀性。

关键词： 电弧增材制造   不锈钢   T形件   几何测量   轴拉性能   破坏模式  

摘要： 为研究电弧增材制造(WAAM)不锈钢T形件螺栓连接的轴拉性能,设计并制作了13组试件,利用三维激光扫描测得试件几何参数;通过相同工艺标准试样的拉伸试验,得到材料平均力学性能参数;进行单向轴拉加载试验,通过测量全过程变形获得连接试件的破坏形态、荷载-变形曲线和关键参数结果,分析螺栓位置、排列参数的影响规律;将试验结果与现行规范设计及文献预测结果进行比较,探讨现有设计方法的适用性。结果表明:对于T形件双排螺栓连接,随着螺栓位置靠近腹板,初始刚度和承载力逐渐增大,对应峰值变形减小;对于T形件单排螺栓连接,初始刚度逐渐增大,承载力和峰值变形先增大后减小;欧洲EN 1993-1-8、中国JGJ 82—2011、美国AISC 360-16和文献中四破坏模式分类模型4FMC对于承载力的预测结果均小于试验值,且无法很好地预测WAAM不锈钢T形件的破坏模式。

关键词： 电弧增材制造   Mg-6Gd-1Y-0.2Zr合金   组织演变   力学性能  

摘要： 通过电弧增材制造(wire-arc additive manufacturing,WAAM)制备的大型镁合金零件在航空航天、交通运输和电子通信领域具有广阔的应用前景。然而,目前基于非熔化极钨惰性气体(tungsten inert gas,TIG)WAAM技术制备镁合金研究主要集中在Mg-Al系合金上,对稀土镁合金的研究较少。通过TIG-WAAM制备了Mg-6Gd-1Y-0.2Zr合金薄壁件,研究了其显微组织特征和力学性能。结果表明:薄壁件具有良好的成形表面,显微组织主要由α-Mg基体、Mg24(Gd,Y)_(5)相与γ′相组成;由于经历了不同次数的热循环,晶粒尺寸和力学性能沿薄壁件高度方向分布不均匀;薄壁件底部、中部、顶部平均晶粒尺寸分别为44、101、80μm;从底部到顶部的维氏硬度逐渐降低;水平方向和高度方向的极限抗拉强度(ultimate tensile strength,UTS)分别为(243±3)MPa和(219±10)MPa;屈服强度(yield strength,YS)分别为(159±1)MPa和(143±6)MPa;伸长率(elongation,EL)分别为(15.0±1.4)%和(17.2±0.9)%。不同方向的性能差异可归因于在冷却过程中由于温度梯度形成了柱状晶组织,这种组织特征使得薄壁件在组织和性能上展现出各向异性。

关键词： 铝合金   电弧-搅拌摩擦加工复合增材   数值模拟   温度场   应力场  

摘要： 目的针对电弧增材制造铝合金缺陷多、晶粒粗大、力学性能低的难题,采用电弧-搅拌摩擦加工复合增材制造的新工艺,研究层间搅拌摩擦加工对电弧增材制造铝合金温度场与应力场的影响。方法通过建立铝合金电弧(Wire and Arc Additive Manufacturing,WAAM)-搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing,FSP)复合增材的热力耦合模型,对单独电弧增材制造和WAAM-FSP复合增材过程中的温度场和应力场进行对比,分析层间FSP对电弧增材制造铝合金温度场和应力场的影响。结果在WAAM过程中,2319铝合金最高温度达到1575℃;在堆积下一道次时,前一道增材层峰值温度超过2319铝合金的液相线,使增材层发生部分重熔。层间FSP使增材试样峰值温度由1575℃升高至1619℃,在第一层增材时,层间FSP使工件的温度升高至约395℃。后续电弧增材及层间FSP对已增材层产生的温升影响随层数的增加而降低。此外,引入层间FSP后,增材构件起弧端、基板与堆积层交界处的应力集中面积减小,使熔敷层内峰值应力值降低约20 MPa。结论层间搅拌摩擦加工可降低增材工件的冷却速度以及温度梯度,同时层间FSP过程中产生的热力耦合作用使增材构件中的应力分布更均匀,解决了增材件中应力集中的问题。

关键词： 电弧放电   激光熔覆   功能梯度阴极   铌覆层   烧蚀  

摘要： 功能梯度阴极基于表面强化层实现耐烧蚀性能和传导性能的解耦,能够有效延长阴极服役寿命。本研究围绕Nb/Cu功能梯度阴极,采取激光增材于Cu基体表面制备出Nb覆层,表征了Nb/Cu梯度阴极的微观组织、成分和物相结构,分析了硬度和热导率自覆层表面向内的变化规律。进一步地,对Nb/Cu功能梯度阴极的氩气氛围电弧放电和烧蚀行为进行了研究,高速滤光捕捉下,阴极放电表面出现多个阴极斑点团簇,烧损面形成密集烧蚀坑和溅射颗粒。Nb/Cu阴极氩气电弧烧蚀速率(1.61μg/C)相比无氧Cu阴极(2.18μg/C)降低26.1%,更耐电弧烧蚀。功能梯度阴极具备的优异耐电弧烧蚀性能,与Nb表层耐烧蚀性和Cu基体高传导性密切相关。Nb/Cu功能梯度阴极具备作为新型阴极应用的潜能。

关键词： 激光辅助   电弧增材   微观组织   力学性能   镍基合金  

摘要： 【目的】激光电弧复合增材可以改善增材构件的微观组织,提高其力学性能,具有一定的应用前景。将其用于制造镍基高温合金可有望获得具有更优性能的构件,满足镍基高温合金越来越高的应用需求。【方法】文中在电弧增材Inconel 718镍基高温合金过程中施加脉冲激光,分析了激光辅助对电弧增材Inconel 718镍基高温合金组织及性能的影响。【结果】结果表明,脉冲激光使得柱状晶破碎,导致晶粒细化,提高了构件的极限抗拉强度。脉冲激光对于竖直方向样品的作用效果大于水平方向样品,当激光脉冲频率为50 Hz时,构件拥有最优的力学性能。脉冲激光的加入增加了气孔等缺陷的形成几率,且脉冲频率越高,缺陷越多,缺陷的存在限制了拉伸性能的提升。【结论】文中研究为通过激光辅助实现对电弧增材镍基高温合金的组织性能调控奠定了理论基础,为激光电弧复合增材在镍基合金制造领域的应用提供了初步探索。

关键词： 颗粒增强铝基复合材料   电弧增材制造   金属型模具   拉拔  

摘要： 颗粒增强铝基复合材料因其优异的高比强度和高比刚度,被广泛应用于交通、航空航天、船舶等领域。对于结构复杂的筒体、箱体等薄壁结构件,其成型难度大,机械加工余量大,生产周期长。而采用WAAM技术可以快速打印成形此类结构件。开展颗粒增强铝基复合材料制备、焊丝制备、电弧增材制造(WAAM)试验等,分析了T6热处理后颗粒增强铝基复合材料WAAM试样的力学性能。结果表明:采用金属型模具浇注颗粒增强铝基复合材料,提高了冷却速率,从而细化晶粒,使成分偏析程度减小,保证了组织的均匀性。通过控制单道次粗拉伸和精拉伸的变形比,辅以中间退火处理(410℃±10℃,保温1.5 h),可制备出满足WAAM要求的焊丝。采用制备的焊丝在合适的工艺参数下获得了成形良好、无孔隙的墙体增材制造样品。WAAM样品经T6热处理后,抗拉强度为370~390 MPa、屈服强度为320~335MPa、伸长率为2.5%~4.5%,满足使用要求。