关键词： 电弧增材   数值模拟   变形   应力  

摘要： 利用瞬态热源、热循环曲线、全热循环、固有应变4种算法，依次对电弧增材典型框体构件变形和应力进行模拟，分析不同算法下的预测精度与计算效率。研究结果表明：瞬态热源算法预测的最大变形位置为框体顶部4个边角处，应力主要集中分布在框体拐角及顶部区域，与实验结果吻合良好，特征点变形与应力的预测精度分别为96.59%与95.01%，计算时间为326h；热循环曲线算法的预测精度与瞬态热源算法相当，但计算时间缩短至117h，预测的变形云图及应力曲线与实验结果吻合较好；相较于前两种算法，全热循环和固有应变算法对特征点变形的预测精度较低，分别为85.68%和65.86%，预测的变形云图与实验结果存在较大差异，可信度较低，但计算时间分别缩短至4h和2h，效率显著提高。

关键词： 增材制造   熔滴复合电弧沉积   组织演变   外延生长   铝合金  

摘要： 金属增材制造可实现铝合金构件高性能一体化成形,其中熔滴复合电弧增材是一种高效、低成本的增材工艺。为了揭示其沉积过程中微观组织生长演变规律,从而优化工艺提升构件力学性能,本工作研究了2319铝合金沉积过程中的温度场分布、微观组织演化以及外延生长特性。首先,通过有限元结合生死单元法计算沉积过程中温度场并提取熔池不同位置的凝固参数,然后代入相场模型实现跨尺度耦合获得熔池不同位置微观组织生长演变过程,发现在熔池底部和中部区域形成柱状晶结构,在中上部出现从柱状晶向等轴晶转变的现象。同时在相场模型中引入取向偏差角,研究凝固过程外延生长特性,结果表明,取向偏差角越大,对枝晶形貌影响越明显,在竞争生长中越容易淘汰。金相分析显示从沉积层底部到上部,微观组织经历了从柱状晶到等轴晶的转变过程,并且柱状晶存在外延生长现象,与模拟结果吻合较好。

关键词： 电弧增材制造   N50不锈钢   低温力学性能   枝晶间距   夹杂物  

摘要： 为解决N50制造成本居高不下,且传统减材加工方式的材料利用率低的问题。采用加工速度快、材料利用率高的TIG电弧增材制造技术制备N50不锈钢,并研究不同增材高度下增材体的显微组织、夹杂物分布、显微硬度和77 K力学性能。研究发现,TIG增材技术能制造出完全由奥氏体晶粒组成的N50不锈钢,增材体的77 K屈服强度、抗拉强度及断后伸长率随高度增加而降低,显微硬度也逐渐降低。分析表明,增材体高度的增加影响冷却速度和夹杂物的分布,上层冷却速度降低导致上层枝晶间距较大,且上层夹杂物尺寸和数量均多于下层,这些因素共同影响了材料的低温塑韧性。

关键词： 镁合金   电弧增材制造   神经网络   工艺优化  

摘要： 电弧增材制造克服了传统铸锻技术制备镁合金的不足,是镁合金成形中的新技术。然而,镁合金电弧增材制造过程影响因素较多,工艺控制困难,且存在零件难以成形、易开裂、易产生内部缺陷等问题。为了解决镁合金电弧增材制造工艺控制困难的问题,采用实验结合机器学习的方法建立了工艺参数与试样宏观形貌之间的非线性关系,分析了不同工艺参数对成形质量的影响规律,确定最佳工艺参数范围为:基板温度160℃,送丝速度12.0~14.5 m/min,焊接速度8~11 mm/s,摆弧宽度8~10 mm。以AZ31镁合金丝材作为原材料,针对寻优工艺参数进行了单层和多层镁合金电弧增材制造实验。结果表明,该参数条件下熔宽为13.95 mm,熔高为3.28 mm,宽高比为4.25,接触角为42°,此时镁合金熔融丝材铺展性良好,且试样表面无不成形缺陷。

关键词： 马氏体沉淀硬化不锈钢   电弧增材制造   热处理   组织性能   显微组织  

摘要： 马氏体沉淀硬化不锈钢在增材制造过程中,由于反复的热循环和热积累,材料的组织和性能可能会出现不均匀或缺陷。以自研药芯焊丝为原材料,采用电弧增材制造技术制造马氏体沉淀硬化不锈钢结构件,由于电弧增材过程中受到复杂的热循环,因此增材件组织不均匀,导致机械性能下降。采用固溶、时效以及固溶+时效三种热处理工艺对结构件进行处理,并利用金相显微镜、扫描电子显微镜、维氏硬度计和拉伸试验机等设备对试样的显微组织、成分、硬度和拉伸性能进行分析。结果表明,热处理态试样组织转变为马氏体且伴有强化相析出,其中固溶+时效处理效果最佳,极限抗拉强度与硬度分别达到1 048.53 MPa与423.5 HV,相比于沉积态分别提升了211.53 MPa与106.8 HV。但热处理态试样的断后伸长率相比于沉积态试样的有所降低。

关键词： 镁稀土合金   电弧增材制造   沉积速率   微观组织   力学性能  

摘要： 冷金属过渡电弧增材制造(WAAM)是一种新型的快速成形技术,可以用于制造具有复杂形状的高性能结构件。采用冷金属过渡电弧增材制造工艺在不同的沉积速率下制备了GWZ932镁稀土合金单道多层薄壁构件,并研究了沉积速率对试样的成形质量、微观组织和力学性能的影响。结果表明,在其他成形参数一定时,随着沉积速率从4.5mm/s增加到7.5mm/s,沉积层的熔宽和层高均减小。沉积速率增加,晶粒尺寸减小,这是成形过程中热输入量降低,熔池凝固速度加快导致。构件的力学性能随着沉积速率先增加后降低,在6mm/s沉积速率下合金表现出最佳力学性能,屈服强度、抗拉强度、延伸率分别为161MPa、236MPa和4.5%,力学性能表现出各向同性,断口表现出明显的脆性断裂特征。

关键词： 丝材   电弧增材制造   不规则缺陷   修复  

摘要： 采用自制焊接材料,配合主要由Tardis激光视觉相机构成的智能视觉逆向重构系统和由ABB工业机器人、Fronius焊机等构成的电弧丝材增材系统进行人工制造不规则缺陷丝材增材制造修复试验,利用超声探伤、光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析、性能测试等手段进行不规则缺陷电弧增材成形尺寸偏差、缺陷、组织及性能分析,对丝材电弧增材制造在大型部件不规则缺陷修复的产业化应用进行阐述。结果表明:缺陷深度在30 mm时,采用先边缘再内部填充的路径进行丝材电弧增材制造形成的熔覆金属在成形厚度上尺寸偏差为2 mm;在自动化修复过程中,针对该材料需要每层进行清渣以保证增材熔敷金属质量,避免夹渣缺陷出现;丝材电弧增材制造熔覆金属由铁素体和渗碳体组成,连续作业下不同层数熔覆金属因冷却速度其组织粗化程度差异较为明显,所修复的缺陷区域熔覆金属强度提高4%~5%,延伸率及冲击功下降4%~10%,整体上仍然较为接近焊接材料检验中纯熔覆金属性能。通过逆向重构和丝材电弧增材制造相结合,可以实现大型部件的大尺寸不规则缺修复应用。

关键词： TC11钛合金   电弧增材制造   锻造   复合制造   显微组织   力学性能  

摘要： 采用金相观察、拉伸试验、扫描电镜观测、显微硬度测试和统计学分析等方法对锻造+电弧增材复合制造的TC11钛合金宏、微组织和力学性能开展研究。结果表明,复合制造试样根据组织特点可分为电弧增材区、热影响区和锻造区。热处理前后宏观晶粒从锻造区到电弧增材区均呈现出“拉长等轴晶–细小等轴晶–柱状晶”的分布特征。沉积态显微组织由锻造区粗大魏氏组织过渡至增材区细小网篮组织,双重退火后,锻造区发生再结晶,网篮组织转变为双态组织,增材区仍为网篮组织,但片状α相尺寸增大。力学性能测试结果表明,在位错和晶界的共同影响下,锻造区强度略高于增材区,导致断裂均发生在电弧增材侧。复合制造综合力学性能介于电弧增材和锻造之间,整体呈现低强高塑的特点。

关键词： 合金化   增材制造   钛合金   微观组织  

摘要： 电弧增材制造过程中固有的高冷却速率和温度梯度使得沉积钛合金产生粗大的初生β柱状晶粒,降低合金的塑性和疲劳性能。采用原位合金化的方法引入高生长限制因子元素改变熔池凝固,促进柱状晶粒发生等轴化转变是提升沉积态钛合金性能有效的方法。总结了电弧增材制造中原位合金化方法,分析了非金属和金属合金化元素对电弧增材制造钛合金组织和性能的影响,以及合金化元素诱导柱状晶发生等轴化的转变机理,最后对电弧增材制造钛合金成分设计提出了展望。

关键词： 电弧增材制造   铝锂合金   微观组织   力学性能   抗拉强度  

摘要： 铝锂合金是新一代航空航天用轻质合金材料。本文采用电弧增材制备了含Si铝锂合金试样,并对比了沉积态以及T6态时含Si铝锂合金微观组织及力学性能。试验结果显示,单道薄壁沉积态含Si铝锂合金α–Al平均尺寸约21.2μm,SEM及XRD结果显示微观组织中存在大量微米级共晶Si相以及含Cu、Li共晶相。T6态热处理后,粗大Al2Cu相及部分共晶硅组织逐渐回溶至基体中,增材试样硬度由96HV提升至138HV,相对提升43.8%。T6态试样在0°、45°、90°方向上抗拉强度分别为402MPa、350MPa、330MPa,沉积态试样在3个方向的抗拉强度分别为160MPa、134MPa、142MPa,T6态试样力学性能显著提升。