关键词： 304不锈钢   电弧增材制造   显微组织   力学性能   断裂行为  

摘要： 电弧增材构件柱状晶生长特征显著影响其力学性能,但当前针对电弧增材构件断裂行为研究匮乏。为此,本文以304不锈钢薄壁构件为研究对象,分别对其沿沉积与扫描方向拉伸及断裂行为进行调查,并结合光学显微镜(Opticalmicroscope,OM)、扫描电子显微镜(Scanningelectronmicroscope,SEM)与电子背散射衍射(Electron backscatter diffraction, EBSD)对断口及其截面进行表征以揭示断裂机理。结果表明:构件组织沿沉积方向呈明显柱状生长,导致沉积方向强度低于扫描方向,但断裂位置发生显著颈缩,断口分布大量细小韧窝,表现出更高的塑性行为。然而,层内的粗大柱状晶成为断裂薄弱点区域,在平行于柱状晶的拉伸应力下,最终断裂在层内区域。相反,扫描方向因柱状晶界抑制位错滑移而表现出高强度和低塑性。断口区域存在大量小角度晶界与应变,表明位错的非均匀滑移引发应变集中和断裂。

关键词： 激光冲击强化   电弧增材制造   镍铝青铜   热处理   微观组织   力学性能  

摘要： 围绕电弧增材制造(Wire arc additive manufacturing, WAAM)镍铝青铜(Nickel-aluminum bronze,NAB)的显微组织演变及力学性能调控,结合激光冲击强化(Laser shock peening, LSP)与退火热处理工艺,分析了不同处理条件下材料的微观结构及表面力学性能演变机制。结果表明:LSP处理后材料表层晶粒显著细化,显微硬度由182 HV提升至223.5 HV,同时表面形成最高达572 MPa的残余压应力层;后续热处理通过静态再结晶机制优化了晶相组织,利用LSP引入的位错能量促进晶界重构,在保留近表面硬化特性的同时,使材料表层硬度整体提升至202 HV,并显著消除了残余应力。本文旨在为WAAM NAB的表面强化策略提供参考,拓展LSP与热处理在增材制造金属材料中的应用潜力。

关键词： Mo元素   低合金高强钢   电弧增材制造   组织与性能  

摘要： 采用电弧增材制造技术(wire arc additive manufacturing,WAAM)制备了3种不同钼含量的低合金高强钢薄壁墙。通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射技术(EBSD)、X射线衍射仪(XRD)、万能拉伸试验机和夏比摆锤冲击试验机研究了Mo含量对沉积态WAAM低合金高强钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:低合金高强钢的显微组织由贝氏体、马氏体和多边形铁素体组成。随着Mo含量的增加,组织细化,多边形铁素体逐渐消失,贝氏体马氏体组织由块状逐渐转变为板条状。其次,不同Mo含量的试样均出现BCC结构物相的衍射峰,未观察到其他物相的衍射峰。随着Mo含量的增加,低合金高强钢的强度明显提高,伸长率略微升高后下降,而冲击韧性则整体下降。此外,拉伸和冲击断口的断裂机制均为韧性断裂。

关键词： 镁/铝异种金属   电弧增材制造   锌中间层   微观组织  

摘要： 采用电弧增材制造的技术,制备了以锌作为中间层的镁/铝异种金属单壁结构件,研究了增材制造的顺序对中间层微观组织演变的影响,确定了镁合金-锌-铝合金的增材制造方案,并测试了其力学性能。结果表明:采用铝合金-锌-镁合金的增材制造顺序,在镁合金的增材过程中,锌中间层部位会发生开裂,难以继续增材制造。采用镁合金-锌-铝合金的增材制造顺序,试样宏观成型良好。镁/锌之间生成的MgZn_(2)等镁/锌金属间化合物和镁-锌熔合区内出现的孔洞等缺陷是导致镁/铝异种金属接头强度不高的主要原因。最终增材的镁/铝异种金属单壁结构件接头处的最大抗拉强度为30.4MPa,表现为脆性断裂。

关键词： 电弧增材制造   0Cr13Ni5Mo不锈钢   显微组织   力学性能  

摘要： 冲击式水轮机不锈钢水斗传统制造技术周期较长,工艺繁多且生产成本居高不下,一种新兴技术电弧增材制造(Wire arc additive manufacturing,WAAM)为其提供了一种新的思路。电弧增材制造有着沉积效率高、成本低及成形尺寸大等优势,在工件再制造修复和金属直接成形领域具有广阔的应用前景。采用基于CMT的电弧增材制造技术得到0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢沉积件,通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和力学性能测试对其显微组织和性能进行研究。结果表明,电弧增材制造0Cr13Ni5Mo不锈钢沉积件各位置显微组织主要由无方向性的板条马氏体组成,还存在少量的高温铁素体(δ-Fe),不同位置马氏体板条的取向和大小都存在差异;不锈钢沉积件沿焊接方向不同位置都有着较高的屈服强度和抗拉强度,然而其延伸率存在一定差异,顶部和中部位置的延伸率分别为15%和16%,而底部位置的延伸率下降到11.5%,拉伸断口属于微孔聚集型的韧性断裂;沿焊接水平方向(X方向)和焊接垂直方向(Y方向)平均冲击吸收功分别为32.5 J和36.8 J,不同取向的冲击韧性存在差异,这表明电弧增材制造不锈钢沉积件在冲击韧性存在各向异性,冲击断口属于韧-脆混合断裂,韧窝的第二相颗粒为Mn-Si-Al系氧化物;沿沉积方向硬度曲线波动较大,但顶部、中部和下部位置的平均显微硬度值相差不大。

关键词： 电弧增材制造   铝合金   宏观成形   组织优化   力学性能  

摘要： 采用逐层超声冲击(ultrasonic impact treatment,UIT)工艺复合强化冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)线材电弧增材制造(wire and arc additive manufacturing,WAAM)Al-5%Mg合金薄壁件,对比研究施加不同超声冲击电流对CMT-WAAM单道多层薄壁件宏观成形、气孔演化、凝固组织特性和力学性能的影响.结果表明,超声冲击产生的严重塑性变形作用能够对沉积层成形、微观组织和力学性能产生积极影响.与未施加UIT相比,在超声冲击电流为3 A下的沉积试件具有较优宏观成形,气孔缺陷率由0.742%降低至0.496%,沉积层平均晶粒尺寸由186μm降低至147μm,晶粒尺寸小于50μm的晶粒占比由6.3%提升至15.6%,平均硬度由68.1 HV0.2提升至81.6 HV0.2,提升率达19.8%,纵向抗拉强度由249MPa提高到262 MPa,横向抗拉强度由264 MPa提高到278 MPa,屈服强度和断后伸长率均有所增加.超声冲击工艺强化作用能够降低沉积层内气孔球形度,有效诱使沉积层内气孔的闭合和消失,促进沉积层粗大柱状晶向细小等轴晶的转变,实现CMT-WAAM Al-5%Mg合金微观组织的优化和力学性能的提升.

关键词： 水轮机关键过流部件   电弧增材   再制造   随动热锤   强塑协同调控  

摘要： 大型水轮机电弧增材再制造易形成粗晶和高水平残余应力，严重影响修复层力学性能，引入随动热锤新工艺辅助制备薄型修复层可大幅度提升强度，却易损失塑性，针对强塑权衡问题，提出通过随动热锤辅助单道多层增材实现强塑协同调控的构想，在采用最优随动热锤工艺参数制备单道多层增材层的基础上，进行OM、XRD材料表征和力学性能测试，研究了随动热锤对单道多层增材层微观组织和宏观力学性能的影响规律，并揭示其作用机理。结果表明，随动热锤作用下通过单道多层增材，增材层强度、塑性实现同步提升，RD方向屈服和抗拉强度分别提升约18.7%和13.5%，延伸率与对照组基本持平，呈略微下降趋势；ND方向屈服和抗拉强度分别提升约15.2%和9.1%，延伸率提升约14.9%。增材层强塑协同调控机制包含两方面，一是通过高温下反复变形和奥氏体再结晶实现晶粒细化和均匀化；二是通过单道多层增材后续增材层热影响对先变形层进行回火热处理，有效消减先增材层内因锤击变形产生的高密度位错。该研究可为大型水轮机关键过流部件高性能修复再制造提供技术与方法支撑。

关键词： 电弧增材制造   成形尺寸   应力场   温度场   热力耦合  

摘要： 通过进行2319铝合金电弧增材单道沉积试验,获得了单道单层成形尺寸,研究了焊接速度、送丝速度对焊道熔宽和余高的影响规律,建立了单道多层有限元模型,研究了层间冷却时间、焊接速度、增材路径对成形过程中温度和应力变化的影响。研究结果表明:送丝速度为32 mm/s,焊接速度为3 mm/s时,单道单层沉积所得到的焊道熔宽达到8.25 mm;层间冷却时间从0增加到60 s时,最高温度降低了137℃,应力变化更加平缓,应力分布更加均匀;焊接速度为4 mm/s时,应力分布较为均匀,较低的焊接速度可能使材料在加热和冷却过程中温度变化更为平缓,降低应力场的峰值;当沉积层低于5层时,增材路径对成形件的影响较小,往复成形使得成形件整体热量及应力分布更为均匀,因此其变形量相对较小,且变形对称性较好。

关键词： 电弧增材制造   残余应力   变形   测量技术   数值模拟   调控方法  

摘要： 电弧增材制造(wire arc additive manufacturing,WAAM)以电弧为载能束逐层熔化金属丝材,适合中大尺寸复杂金属构件的快速制造,因其成形效率高、制造成本低、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。残余应力与变形调控是推进金属构件WAAM高效、高质量发展与应用必须解决的关键科学与技术难题。本文探讨了WAAM残余应力与变形的产生机制及影响因素,分析对比了残余应力与变形的实验测量与数值模拟方法,并对WAAM沉积前、中、后不同阶段控制残余应力与变形的方法进行了系统总结。最后指出数值模拟、机器学习、现场诊断及控制是未来WAAM残余应力与变形调控的重点研究方向。

关键词： 双丝电弧增材制造   NiTi合金   组织与性能   超弹性  

摘要： 针对镍钛合金增材制造过程中微观结构和成分难以调控的问题,本研究采用双丝电弧增材制造技术,通过控制Ni丝和Ti丝的送丝速度,精确调节镍钛合金的原子比和相组成,从而获得性能优异的NiTi合金。结果表明,在纵向熔覆道中心区域,当Ni/Ti原子比为8∶10时,沉积的NiTi合金主要由Ti_(2)Ni相组成,并伴有少量富Ti颗粒,显微硬度和抗压强度分别达到560HV和1600 MPa;当Ni/Ti原子比为11∶10时,NiTi相中夹杂有Ti_(2)Ni相,在循环压缩过程中出现1.6%的不可恢复应变;当Ni/Ti原子比为15∶10时,NiTi相中形成团簇状Ni_(3)Ti相,纵向断裂应变接近40%,且循环压缩后仅出现1.2%的不可恢复应变,表现出良好的超弹性。此外,与纵向熔覆道中心区域相比,不同Ni/Ti原子比试样的横向搭接区域微观组织呈现明显的晶粒粗化和成分偏析现象,其抗压强度和塑性变形能力均显著降低。