关键词： 电弧增材制造   铝合金   微观组织   力学性能  

摘要： 电弧增材制造技术适用于铝合金大型复杂构件的一体化成形制造,当前国内外学者已针对不同系列的铝合金进行了大量研究。梳理了近年来铝合金电弧增材制造技术的相关研究,总结了针对Al-Cu、Al-Mg、Al-Si、Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si和Al-Zn-Mg-Cu多个系列铝合金的电弧增材研究进展,包括各系列铝合金的组织性能特点、成形效果等方面的研究成果。介绍了铝合金电弧增材制造中常见的组织缺陷,如电弧增材铝合金组织中的孔洞、热裂纹等,以及采用合适的工艺参数和合金设计等解决办法。通过对不同系列铝合金的增材现状和组织缺陷的分析,为铝合金电弧增材制造技术的进一步发展提供了有益的参考。

关键词： 电弧熔丝增材制造   热输入   成形效率   热积累  

摘要： 电弧增材制造作为金属增材制造技术的一个重要分支,以电弧为载能束采用逐层堆积的方式制造金属构件,因其制造成本低、成形效率高、材料利用率高等优势,在航空航天、国防领域具有广阔的应用前景。沉积层热输入与丝材熔化效率的解耦控制是推进电弧增材制造技术高效、高质量发展与应用必须解决的关键科学与技术难题。分析了热输入与成形效率强耦合的主要原因,重点阐述现有的高效成形方法、热积累控制方法、低热输入热源的研究进展与不足,指出了未来电弧增材制造低热输入高效成形的主要发展方向。

关键词： 球墨铸铁   电弧增材制造   Fe-Cr合金   结合区   微观组织  

摘要： 目的在球墨铸铁基体上电弧增材制造Fe-Cr合金,研究结合区组织和性能,以期获得具有良好冶金结合、满足冲裁模具性能要求的双金属构件。方法采用GMAW工艺增材制造,用金相显微镜和扫描电子显微镜表征结合区的显微组织,并分析其形成机制。结果Fe-Cr合金与球墨铸铁结合区无明显裂纹和气孔,其凝固组织为柱状晶和等轴晶,冷却后转变为马氏体和残余奥氏体,但其分布不均匀,在界面处有一富奥氏体层。结合区内球墨铸铁受热影响发生奥氏体化和部分熔化,熔化发生在临近结合界面的石墨球周围,其冷却后形成一层马氏体和一层莱氏体的双层壳型组织结构,未熔化部位的组织为马氏体和铁素体,珠光体球墨铸铁比铁素体球墨铸铁形成的马氏体多。结合区内硬度分布不均匀,球墨铸铁的硬度从基材到结合界面逐渐升高,最高达630HV,Fe-Cr合金平均硬度为510HV。结论电弧增材制造Fe-Cr合金与球墨铸铁基体冶金结合良好,Fe-Cr合金组织为马氏体和残余奥氏体,有较高的硬度,能满足冲裁模具的性能要求。

关键词： 电弧熔丝增材制造   层间强制冷却   数值模拟   温度场   应力场  

摘要： 电弧熔丝增材制造中热量积累容易造成零部件成形质量差、沉积效率低等问题。层间强制冷却有利于提高电弧熔丝增材制造效率、改善成形质量,从而获得了一定关注。基于有限元数值模拟分析,模拟了自然对流冷却和层间强制冷却下电弧熔丝增材制造Ti6Al4V钛合金成形过程,分析了层间强制冷却对增材钛合金墙体结构温度场与应力场的影响,并通过实验结果进行了验证。结果表明:层间强制冷却可以有效增加成形过程中的散热,减小墙体结构热量积累、进一步改善成形件中的残余应力以及提升增材效率。

关键词： 电弧增材制造   成形形貌   神经网络   H13钢   回归方法  

摘要： 目的 针对电弧增材制造技术实际应用中工艺参数选取困难和成形结果难预测的问题,确定高效、准确的电弧增材制造单道成形形貌预测的数学方法,以快速、方便地选取丝材电弧增材制造工艺参数并指导成形质量控制。方法 在单道单层丝材电弧增材制造实验的基础上,采用多种回归方法和神经网络方法分别建立焊接电流、电压和焊枪移动速度等多个工艺参数与增材层宽度、增材层高度及熔池深度等成形形貌参数之间的数学关系模型。结果 电弧增材制造单道成形形貌与焊接电流、电压和焊枪移动速度显著相关,且各参数间存在非线性交互作用;采用多元线性回归法可较准确地预测单道增材层宽度,但对于增材层高度和熔深的预测效果较差;神经网络可良好地处理各工艺参数间复杂的非线性关系,其对增材层宽度、增材层高度和熔深的预测平均误差率分别为4.17%、6.60%和7.01%,显著优于多元线性回归法。结论 采用神经网络法可以准确预测电弧增材制造单道成形的形貌参数,进而指导增材制造工艺参数的选取和成形质量的控制。

关键词： 电弧熔丝增材制造   CuAl合金   枝晶偏析   晶粒转变   显微硬度  

摘要： 本文研究了Cu-8Al合金在电弧熔丝增材制造过程中的微观组织、物相、显微硬度和拉伸性能的演化行为。结果表明,刚沉积的CuAl合金晶粒为尺寸较大的枝晶,在后道次的热影响作用下转变成较细小的柱状晶,而后柱状晶长大,直到晶粒尺寸在距样品端部几毫米的位置趋于稳定。刚沉积的CuAl合金发生Al的枝晶偏析,但在后道次热影响的作用下偏析可消除,使合金组织和成分均匀化。板状样品端部即最后沉积未受后续热影响的位置显微硬度高达HV 160,但随着Al偏析的消除以及枝晶转变成柱状晶,硬度降低到HV 80。原位拉伸结果显示CuAl合金板的抗拉强度高达400 MPa,伸长率可达50%,其屈服强度还有一定的提升空间。拉伸过程中原位观察到了位错滑移和晶粒转动,断裂机制总体为韧窝断裂,端部屈服强度更高、塑性略低、晶粒转动更普遍。总体上电弧熔丝增材制造的CuAl合金板除端部之外组织均匀,具备良好的力学性能。如需其组织性能均匀,或要求高耐蚀性,有必要在沉积后对端部进行局部热处理;如需更好的耐磨性能则不需处理。可进一步添加少量析出强化元素提高CuAl合金的强度与耐磨性能。

关键词： 镁合金   增材制造   选区激光熔化   电弧增材制造   微观组织   力学性能  

摘要： 镁合金具有轻质、比强度高、阻尼减振、生物相容性好、体内可降解等优点,在航空航天、汽车轻量化、生物医疗等领域应用潜力巨大。然而传统的镁合金铸造成形和变形加工技术在制备一体化复杂结构件上具有一定的局限性,制约了镁合金在上述领域的应用普及。增材制造是一种根据三维模型数据逐层熔化沉积的先进技术,有望成为镁合金复杂构件制备的重要技术途径。本文概述了近年来增材制造镁合金的研究进展,重点对选区激光熔化(SLM)和电弧增材制造(WAAM)2种主要增材制造的工艺研发现状和影响因素、微观组织、力学性能及耐蚀行为进行分析与总结。研究表明,工艺优化后SLM和WAAM等技术均可获得致密度>99%的镁合金试件,并且能够获得与传统制造镁合金相当的力学性能和耐蚀性能,增材制造镁合金表现出极大的工程应用潜力。最后,从材料优化、工艺改进及性能评价等方面对增材制造在镁合金中的未来发展趋势与研究方向进行了总结与展望。

关键词： 电弧增材制造   点阵结构   成形工艺   空间杆结构  

摘要： 金属点阵结构是一种轻质多功能结构,具有高比强度、高比刚度、抗爆吸能、减振降噪等优势,在飞行器、船舶、车辆、建筑等领域具有广泛的应用前景。然而,迄今为止点阵结构件的应用规模仍然十分有限,主要原因是受到制造技术的严重制约。电弧增材制造技术因其离散堆积的成形特点有望实现点阵复杂结构的一体化高效低成本制造。综合分析了电弧增材制造金属空间杆结构与点阵结构的研究现状,从制造原理、成形工艺与方法、制造特点等方面进行论述,并归纳了现阶段各研究机构对于金属点阵电弧增材制造的研究进展。最后介绍了电弧增材造金属点阵结构存在的掣肘,重点分析了现有电弧增材制造在点阵制造与成形控制方面的研究进展与不足,指出了未来电弧增材制造金属点阵结构的主要发展方向。

关键词： 铝基复合材料   TIG电弧   熔滴沉积   增材制造   熔池行为  

摘要： 基于计算流体力学方法,考虑电弧力、碳化硅颗粒(SiC_(p))增强相与液态铝合金基体相之间的相互作用以及表面张力等因素,建立了SiC_(p)增强铝基复合材料钨极氩弧焊(TIG)电弧辅助熔滴沉积增材制造中的三维瞬态熔池行为数值模型,通过与堆积试样的横截面形貌、SiC_(p)分散状态实验结果对比,验证了熔池行为数值模型的有效性。通过数值模拟,揭示了堆积过程熔池峰值温度演变规律、熔滴冲击诱导的熔池动力学行为、熔池流态对SiC颗粒迁移行为的影响。结果表明,堆积过程涉及熔滴冲击、合并、铺展、熔池回弹4个阶段;冲击点附近出现重熔,熔滴冲击造成熔池中心区域产生明显的V字形凹陷,熔池边缘形成冠状隆起;在熔体拖拽力的作用下Si C颗粒更多的分布于堆积层两侧;熔滴冲击引起的熔池内局部高压以及熔池底部对流,抑制了Si C颗粒向熔池底部沉降。

关键词： 电弧增材制造   超音频   多丝多弧   微观组织   力学性能  

摘要： 多丝多弧的增材技术具有更高的成形效率,但是较大的热输入会影响形貌和性能,因而引入超音频电弧以达到细化晶粒并提高熔深的目的。以316L不锈钢作为试验材料,采用MIG焊工艺,自主搭建超音频三丝电弧增材制造平台,基于单丝单道模型,进行了三丝单道单层以及三丝单道多层增材工艺试验研究。结果表明,30 kHz超音频电弧可显著细化熔敷道组织并破坏树枝状结构,横向和水平平均抗拉强度分别提高了81 MPa和23 MPa,水平平均断裂延伸率从18.5%提升到39.3%,且整体提高试件的显微硬度。但若频率过高,超声波带来的能量会过高,从而减缓冷却速度,导致晶粒粗化。