关键词： 电弧增材制造   典型构件   基板厚度   热应力变形   有限元分析  

摘要： 电弧增材制造(Wire and arc additive manufacturing,WAAM)具有材料利用率高、成形效率高、设备成本低的特点,已经成为一种重要的金属增材制造技术。但是,WAAM熔池大、热输入高、制造的金属零件几何精度低已经严重制约了该技术的进一步应用。以有限元分析为手段,建立了WAAM的热应力仿真模型,并对3种典型结构的WAAM热应力演化规律进行了研究,重点分析了基板厚度对热变形的影响规律,发现:与后续沉积层相比,第一层对构件整体热变形的影响最大;增加基板厚度不仅可以提高刚度,增加约束,而且能强化散热,降低热累积,对减小成形件最终变形和残余应力非常有利;对于矩形框构件来说,基板结构和约束方式对成形件热应力变形演化行为有较大影响。

关键词： TC4钛合金   电弧增材制造   置氢处理   组织演变  

摘要： 研究了置氢0.55%(质量分数)的电弧增材制造TC4钛合金经过Hydrovac(HVC)氢化处理后组织的演变规律。结果表明,电弧增材制造技术制备的TC4钛合金,组织形貌为粗大的柱状β晶,且晶粒内部为片层α集束。经过置氢处理后,由于氢的扩散和对晶界腐蚀的作用,使β晶内部片层α集束变得更加细小,且有氢化物产生。随后在温度810℃下对置氢钛合金进行淬火,组织中生成了α′、α″和亚稳相β_(M)。并在后续的时效除氢过程中,随着马氏体、亚稳相和氢化物的分解,使钛合金组织中柱状β晶内的片层α晶粒得到显著细化,形成交错分布的细针状组织。

关键词： Ti6321合金   冷金属过渡焊接   电弧熔丝增材制造   热处理  

摘要： 采用基于冷金属过渡焊接的电弧熔丝增材制造技术(CMT-WAAM)制备了Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo(Ti6321)合金,研究了热处理对Ti6321合金显微组织、力学性能的影响。研究表明,沉积态Ti6321合金组织由不规则的多边形原始β晶和晶界α相(α_(GB))组成,晶内分布有厚度不均的α片层和少量β相。经α+β两相区退火后,α片层内部的位错密度降低,其中,700℃退火后强度和冲击吸收功均有所降低,800℃退火后冲击吸收功提高,且强度达到1050 MPa以上。经双重热处理后析出次生α相(α_(s)),晶界α相(α_(GB))弱化呈断续分布,Ti6321合金冲击吸收功最高达到34 J。不同热处理状态下的冲击断口均有大量韧窝,为典型的韧性断裂。

关键词： ODS钢   电弧增材制造   成型工艺   力学性能   微观结构  

摘要： 氧化物弥散强化钢(ODS钢)因其内部高密度的氧化物弥散颗粒而具有良好的抗高温蠕变特性和耐辐照性能,是目前核能系统关键候选材料。以铁粉与纳米Y_(2)O_(3)粉末混合而制备的金属型药芯丝材为原料,采用电弧熔丝增材制造(WAAM)技术成功制备了ODS钢,研究了成形工艺对试样尺寸特性和微观组织的影响。结果表明:由于电弧熔丝增材制造具有微熔池冶炼特性及快速凝固的特点,所制备的ODS钢基体的组织为晶粒尺寸均匀、平均晶粒尺寸在40μm以下的等轴晶组织,晶粒内部弥散分布着尺寸在100 nm以下的Y_(2)O_(3)颗粒。所制备的薄壁试样组织均匀性较好,硬度分布较为均匀,试样的拉伸强度为472 MPa,伸长率为37%。

关键词： 电弧增材制造   丝材   层间温度   单道多层  

摘要： 目的为获得外观形貌好、成形质量优的单道多层成形件,研究最佳的层间温度。方法在调质处理后的H13钢基板上,根据已确定的工艺参数分别在50、100、150、200℃这4种层间温度下沉积20层。通过宏观形貌、微观组织和抗拉强度测试,分析层间温度对单道多层成形件的形貌及成形质量的影响。结果层间温度为100、150、200℃时,成形件顶层平滑,侧面成形较规则。不同层间温度下成形件平均高度的最大值与最小值之差仅为0.55 mm。层间温度为200℃时相邻2层沉积层间冷却时间最短,沉积20层总耗时最短,为44.57 min。层间温度大于100℃时,抗拉强度大于1200 MPa。结论在H13钢基板上进行丝材电弧增材制造时,控制层间温度在150~200℃能够得到外观形貌好、成形质量优良的成形件。

关键词： 电弧增材制造   网格壁板结构   欧拉回路理论   Fleury算法   Matlab仿真分析  

摘要： 为了降低电弧增材制造网格壁板生产时的材料去除率,提高生产效率,文中在Fleury算法的基础上,开发出一套针对每层增材路径规划的程序。首先,基于欧拉回路理论,通过Fleury算法和Matlab软件求解,得到了一条只经过一次引、熄弧就可增材制造一层的路径,但此时路径中添加的辅助线均在网格壁板内部,考虑在工业生产中,后续切除辅助线部分十分不便。为此,文中对Fleury算法进行优化,将规划路径的辅助线全部转移到网格壁板外部,更有利于后续辅助线部分的切除,从而实现只经过一次引、熄弧就能完成每层路径的增材制造,并且避免网格内部产生辅助线。

关键词： CMT   电弧增材   碳钢   力学性能  

摘要： 采用CMT电弧的增材制造工艺,完成了不同工艺参数条件下典型碳钢部件力学性能的对比研究,结果表明:在焊接电流分别为150,170,190 A,电弧电压为15 V,焊接速度为0.6 m/min的条件下,堆积电流的变化对成形件的抗拉强度变化影响不显著,但不同方向的各向异性较为明显,微观组织分析表明,在竖直方向呈现明显的方向性生长。在150,170,190 A焊接电流参数下,z向的冲击吸收功分别为219,199,172.5 J,均明显优于x向及y向的。采用880℃×60 min工艺热处理后,强度明显降低,塑性略微提高,各向异性显著改善。组织分析结果表明:热处理后基体组织与沉积态组织均为铁素体+珠光体,但热处理使得珠光体中碳化物特征发生了明显变化,该组织特征变化影响了成形件强度变化。

关键词： 电弧熔丝增材制造   2.25Cr-1Mo-0.25V钢   最小热处理   微观组织   力学性能  

摘要： 为探索大型石化筒体根部止口的制造新工艺,采用新研发的2.25Cr-1Mo-0.25V合金丝材,使用CMT电弧熔丝增材制造技术首次堆积2.25Cr-1Mo-0.25V直壁墙,探索增材后的最佳热处理工艺,以改善沉积态显微组织与力学性能。实验发现:增材成形的直壁件内部微观组织主要为板条贝氏体、粒状贝氏体和部分马氏体,堆积方向组织差异明显,显微硬度浮动剧烈,拉伸强度远高于母材,但断裂延伸率较低。对增材后的直壁件施加“消氢处理+去应力处理”和“模拟最小焊后热处理”,发现后者能将其塑性提升至与母材相当。根据显微组织分析,经过“最小焊后热处理”,沉积态的板条贝氏体和部分马氏体可转变成均匀分布的粒状贝氏体,组织间的各向异性显著降低。实验证明,应用新研发的2.25Cr-1Mo-0.25V丝材在最佳的CMT电弧熔丝增材工艺参数下成形直壁件并结合“最小焊后热处理”能够最大程度地改善显微组织和力学性能,最终满足石化容器筒体根部止口的服役指标。相比浇铸-锻造成形止口的工艺,开发的CMT电弧熔丝增材新工艺有望大幅节约生产成本,提高制造效率。

关键词： 电弧增材制造   丝材   余高系数   成形系数  

摘要： 为确定H13钢丝材电弧增材制造单道单层成形的最佳工艺参数,在调质处理后的H13钢基板上,选取沉积电流为80~240 A,沉积速度为2~6mm/s;保护气体分别为(体积分数)5%的O_(2)+95%的Ar、10%的CO_(2)+90%的Ar以及20%的CO_(2)+80%的Ar等3种混合气体,通过余高系数和成形系数两个评价指标分析工艺参数对单道单层沉积层成形的影响。结果表明,余高系数和成形系数随着沉积电流的增大而降低,在120A和6mm/s的条件下余高系数最大,为3.79;在240A和6mm/s的条件下余高系数最小,为2.11。在80A和2mm/s的条件下成形系数最大,为8.56;在200A和6mm/s条件下成形系数最小,为3.42。沉积电流为120A、沉积速度为4mm/s、用20%的CO_(2)+80%的Ar混合气体保护时,得到品质优良的成形件。