关键词：
冷金属过渡
电弧增材制造
2205双相不锈钢
组织分布
性能分析
摘要：
2205双相不锈钢凭借其良好的焊接性能、综合力学性能及耐腐蚀性能,被广泛应用于核电、石油、化工等领域。电弧熔丝增材制造技术具备成形效率高、成本低、柔性好等优点,已在某些2205双相不锈钢结构件的制造中得以尝试。然而,在电弧熔丝增材制造过程中,热循环和不合理的工艺参数会对2205双相不锈钢的组织产生不利的影响,进而影响成形试样的性能。因此,本文基于冷金属过渡焊电弧为热源的增材制造系统,开展2205双相不锈钢电弧熔丝增材制造试验,对增材成形件的组织分布、显微硬度、拉伸性能和耐腐蚀性能等进行研究,探讨了送丝速度、堆敷速度、层间等待时间和增材路径与成形件组织分布、力学性能和耐腐蚀性能的关系。首先,研究了工艺参数对不同种类（单层单道、多层单道、多道单层）试样成形的影响规律。结果表明,单层单道成形尺寸同送丝速度成正比,与扫描速度成反比,该规律同样适用于多层单道成形件,当搭接率ω=1/3时,多道单层表面平整度良好;随着热输入量的增加和散热条件的改变,多层单道成形件的表面质量逐渐变差,同时发现,采用往复式增材及加入层间等待时间可以较大的提升成形质量,得到的最佳工艺参数范围为送丝速度=65-75mm/s,扫描速度=5-7mm/s,层间等待时间=30-90s。其次,利用多种分析手段对多层单道成形件在BD（Building Direction）方向和ND（Normal Direction）方向上的组织分布及物相组成进行分析,研究了各工艺参数下成形件组织及力学性能的变化规律。结果表明,在BD方向上,重熔区和非重熔区交替排布于试样内部,底部区域组织为针状的魏氏奥氏体和细小的树枝晶,中部区域转变为条状的魏氏奥氏体和树枝晶,顶部区域为粗大的魏氏奥氏体和柱状树枝晶,γ-Fe含量和平均晶粒尺寸逐渐增加;在ND方向上,心部为柱状等轴晶,晶粒尺寸较小,γ-Fe含量较多,外部为树枝晶和魏氏奥氏体组织,尺寸较为粗大,δ-Fe含量较多;利用SEM、XRD和EBSD确定了试样中无σ相、Cr2N等有害相,成形件内部有很多较强的织构取向,造成BD方向拉伸试样的抗拉强度较低而延伸率较高,TD（Transformation Direction）方向试样的拉伸性能则与之相反,拉伸性能表现出明显的各向异性,且不同方向的拉伸试样均表现出韧性断裂的特征;同时发现,随着热输入量的增加,试样内部的晶粒尺寸变大,γ-Fe含量增加,这会使材料的显微硬度和抗拉强度降低,而延伸率增加;层间等待时间的加入虽然可以提升材料的力学性能,但其对试样力学性能的影响程度要小于送丝速度和扫描速度。最后,研究了优化后的两种增材路径（X路径、Y路径）对多层多道成形件的组织分布、合金元素分布、物相组成、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果发现,X路径试样的铁素体含量由底部的29.74%降到顶部的17.42%,Y路径试样的铁素体含量由底部的32.56%降到顶部的22.16%,Y路径的组织分布和两相比例相较于X路径更加均匀,同时发现Y路径试样内的晶粒尺寸更为细小;Y路径试样的平均抗拉强度比X路径大10-30MPa,拉伸试样断口处的缺陷更少;Y路径试样的点蚀电位比X路径高0.1V,自腐蚀电位高10-30mV,表现出更好的耐蚀性,最终确定Y路径为最优增材路径。
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