电弧微铸锻复合增材制造Safra 66铝合金组织及性能的研究

利用电弧微铸锻复合增材制造装置直接成形了Safra 66铝合金制件,对电弧自由熔积成形与电弧微铸锻复合成形的Safra 66铝合金的组织特征和力学性能进行测试和分析,对比研究了微铸锻复合成形的断口形貌.结果 表明:与自由熔积成形相比,微铸锻复合成形工艺可使Safra 66铝合金的组织更加均匀,晶粒得到整体细化,屈服强度...     

多向锻造对电弧熔丝增材制造300M钢微观组织及拉伸性能的影响

为了解决电弧增材制造超高强钢构件中存在的晶粒粗大、成分不均匀和力学性能较差等问题,提出一种将电弧熔丝增材制造和多向锻造相结合的复合成形技术。首先,采用电弧熔丝增材制造技术加工出300M钢块体,然后对其进行多向锻造实验,并采用单向拉伸实验对多向锻造前后300M钢的拉伸性能进行测试,采用金相显微镜、扫描电子显微镜对微观组织和拉伸断口进行观察分析。结果表明:经过多向锻造后,沉积态的柱状晶被打碎并形成了均匀的等轴晶,微气孔得到消除,微观组织由贝氏体、马氏体和残余奥氏体组成。多向锻造后,材料的横向和竖向拉伸性能得到了大幅提升,各向异性得到消除,抗拉强度提高了205.1～281.8 MPa,屈服强度提高了23.9～50.5 MPa,伸长率提高了15.5%～16.2%,且拉伸断裂模式由准解理断裂转变为韧性断裂。     

钢/铅双金属结构熔滴沉积复合TIG电弧增材制造工艺与界面组织研究

采用熔滴沉积复合钨极氩弧焊(TIG)电弧增材制造工艺实现了45钢/锡铅合金双金属结构的直接冶金结合。利用OM、SEM、XRD等研究了钢/铅双金属增材制造结构界面不同位置特征区域的金相组织、界面元素分布和主要物相。结果表明，采用熔滴沉积复合TIG电弧增材制造工艺成形的钢/铅双金属结构界面无明显裂纹、孔隙等宏观冶金缺陷；根据钢/铅界面金属间化合物(IMCs)的分布状态判定，铅合金熔滴在45钢表面的冲击、铺展过程中，同时存在“反应性润湿”和“惰性润湿”，反应性润湿界面存在微小波动并且界面处IMCs为FeSb₂和FeSn₂，惰性润湿界面未析出反应产物且存在微孔隙缺陷。熔池中心处的界面IMCs层厚最大，IMCs层厚约为6μm，随着测试位置逐渐远离熔池中心，界面IMCs层厚呈非线性递减趋势。     

镁合金电弧熔丝增材成形质量控制研究

针对镁合金CMT电弧增材制造表面成形质量控制难题,开展了AZ31镁合金电弧熔丝增材制造的沉积行为、成形特性研究,以及单道多层增材构件表面质量控制试验。结果表明:镁合金电弧增材制造的工艺参数优选范围较大,电流为120～160 A、沉积速度为10～12 mm/s时,沉积层宽度均匀一致,宽高比和接触角也较大;采用CMT工艺制备的镁合金单道多层增材试样力学性能无明显各向异性,抗拉强度为243 MPa,屈服强度为109 MPa,断后伸长率在23%左右,显微硬度平均值为57 HV。     

大型金属零件电弧熔丝增材及其复合制造技术研究进展

大型金属零件广泛应用于航空航天、能源、国防等领域中的关键承力结构,多采用铸造或者锻造工艺成形制造。电弧熔丝增材及其复合制造技术是近二十年来迅速发展起来的一种快速近净成形制造技术,具有高效低成本的显著优势,是大型金属零件成形制造中热点研究方向。本文总结概述了近年来大型金属零件电弧熔丝增材制造工艺的应用与研究,指出了金属材料电弧熔丝增材制造中广泛存在的控形控性难题,介绍了多种结合传统塑性成形工艺的电弧熔丝增材复合制造技术及其控形控性方法,最后对大型金属零件电弧熔丝增材及其复合制造技术的发展进行了总结与展望。     

低频机械振动对电弧增材制造低碳钢组织和力学性能的影响

电弧增材制造由于其沉积效率高、生产成本低,在制造大尺寸金属零件方面受到广泛的关注。探究了低频机械振动对电弧增材制造制备的低碳钢薄壁零件微观组织和力学性能的影响。研究发现,在0～20 Hz频率和0～0.7 mm振幅范围内的机械振动可以细化电弧增材制造低碳钢晶粒尺寸,提升其拉伸强度。随着频率从0增加到20 Hz,平均晶粒尺寸由7.60μm降至6.67μm,降低了12%,抗拉强度和屈服强度分别提升至497.5 MPa和385 MPa;随着振幅从0增加到0.7 mm,平均晶粒尺寸由7.60μm降至6.35μm,降低了16%,抗拉强度和屈服强度分别提升至500 MPa和385 MPa。利用低成本的机械振动辅助电弧增材制造可以优化低碳钢的组织和性能,这为高性能增材制造提供了参考。     

大型钢结构多向钢节点电弧增材制造工艺

多向钢节点作为连接大型钢结构的关键构件,承载钢结构建筑各方向的力,对其安全性起至关重要的作用。基于七向钢节点结构特点,文中研究了电弧增材制造钢结构建筑的七向钢节点,采用分区成形、平曲面切片及摆动填充的路径规划方法,将其分为直臂圆管区、相贯区和支管延长区3个区域,相贯区包括两管相贯、三管相贯和四管相贯3种类型。直臂圆管区和支管延长区采用摆动工艺进行堆积,两管相贯、三管相贯和四管相贯区分别采用曲面切片的路径规划进行堆积。对堆积完成的构件进行成形精度检测、微观组织的观测和力学性能的测量。结果表明,七向钢节点构件成形尺寸偏差为±1.32 mm,成形精度较高。微观组织为铁素体和珠光体,构件的抗拉强度和屈服强度相对于同成分铸件分别提高了约30%和105%,电弧增材制造的七向钢节点满足使用要求。     

后防撞梁外板的超高强钢热成形工艺

针对汽车后防撞梁外板,采用数值模拟与零件试制相结合的方法,验证超高强钢热成形工艺的合理性和有效性。首先制定超高强钢的热成形工艺路线,据此采用有限元软件进行数值模拟,进行后防撞梁外板有限元模型的设计及优化,使得模拟结果满足成形要求。然后进行零件试制,试制成功后进行尺寸型面检测和拉伸试验检测,确保试制零件的尺寸精度、抗拉强度和屈服强度满足要求。数值模拟和零件试制结果显示：模拟的零件最大减薄率为12.9%,最大起皱为9.6%,符合主机厂通用要求;试制零件检测偏差值满足公差要求,零件的抗拉强度实测值均超过1450 MPa,屈服强度实测值均超过950 MPa,达到零件的性能要求。依据热成形工艺和模拟方案进行零件加工,能够获得优质产品,为汽车超高强钢零件的批量化生产提供了设计参考。     

碳钢双丝与单丝等离子弧增材制造成形及组织特征分析

针对传统丝材等离子弧增材制造碳钢效率低、质量高的特点,提出了一种"双填丝+压缩等离子弧"增材制造工艺,并采用该工艺增材制造了试样,对比分析了双填丝与单填丝增材制造试样的成形尺寸、显微组织特征和力学性能.结果表明,相对于单填丝等离子弧增材制造工艺,采用新型双填丝等离子弧增材制造工艺,在相同的工艺条件下,熔敷效率提高了0.97倍;平均晶粒尺寸由18.75 μm细化到13.47 μm;试样纵向拉伸抗拉强度提高了62.64 MPa,横向拉伸抗拉强度提高了67.52 MPa;试样有效层的平均显微维氏硬度由158.95 HV0.5增加到175.34 HV0.5.     

复杂零件等离子熔积无模成形的温度场模拟

提出高斯-双椭球复合热源和辐射-对流综合边界模型以考虑等离子热源及热边界.为提高计算效率、再现等离子熔积"增材制造"全过程,采用了动态网格自适应技术和"生死单元".基于ANSYS开发了复杂零件参数化设计和优化成形的APDL高效计算程序,实现了高能束三维瞬态温度场的模拟,并用试验进行了验证.计算和试验结果表明,采取对称跳跃扫描路径及适当的热输入和冷却工艺,能有效改善零件的温度场和增强焊道的自由伸缩能力,从而有利于降低拉应力和热裂倾向.     

零件与模具的无模直接制造方法

零件与模具的无模直接制造方法属于零件快速制造方法,步骤为：①设计零件的三维CAD模型;②对三维CAD模型进行切片处理;③根据分层数据进行路径规划,生成每层成形的数控代码;④采用数控等离子熔积喷枪或氩弧焊枪,将合金、金属间化合物、金属陶瓷或陶瓷的丝材或粉末,在基板上按照每层数控代码熔积成形;⑤熔积成形过程中将等离子弧或氩弧与激光复合;⑥按照上述步骤逐层熔积成形,直至达到零件尺寸形状要求。本发明保持等离子或氩弧焊成形成本低、效率高、成形体易于达到满意度的优点,仅附加小功率激光,成本低于激光熔敷和电子束成形技术,可快速、低成本地获得组织力学性能和表面质量好的零件或模具。     

铝合金电弧熔积成形机器人增材制造系统

基于KUKA机器人搭建铝合金CMT增材制造系统,在Robotmaster离线编程软件中建立虚拟机器人工作场景,对成形零件进行分层、轨迹规划、模拟仿真及程序生成,使用CMT冷金属过渡焊接工艺进行铝合金零件增材制造试验,利用二次回归通用旋转组合方法设计试验,对熔敷工艺参数(送丝速度、喷嘴高度、焊接速度)与熔敷层宽度、高度的成形规律进行研究,建立熔敷层尺寸的预测模型。通过铝合金零件成形试验对模型精度进行验证,发现该模型预测效果好,成形铝合金零件精度高。     

丝材电弧增材制造技术研究现状及展望

丝材电弧增材制造技术因其成形速度快、成形件尺寸灵活等优点受到越来越多的关注,尤其是大尺寸、复杂形状构件的高效快速成形,丝材电弧增材制造有着其独特的优势。介绍了丝材电弧增材制造技术的工艺过程,从丝材电弧增材制造成形件的成形工艺及表面质量研究、成形件组织性能研究以及成形件残余应力研究三个方面综述国内外丝材电弧增材制造技术的研究现状,总结该技术现阶段在航空航天领域的应用情况,指出研究人员对丝材电弧增材制造技术的相关研究工作聚焦于工艺优化和过程控制两个方向,怎样才能通过熔滴的平稳过渡获得高质量的成形件,如何有效控制逐层堆积过程中晶粒及显微组织变化,以抑制零件内部不良组织的产生是需要继续研究的问题。     

热处理对激光增材制造Ferrium M54钢微观组织及力学性能的影响

采用激光增材制造技术制备了Ferrium M54钢,研究了传统热处理对其组织和力学性能的影响。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉伸试验机及维氏硬度计分析了沉积态和热处理后试验钢的微观组织和力学性能。结果表明,激光增材制造M54二次硬化钢是由沿沉积方向生长的柱状晶构成,沉积态试样纵向的抗拉强度和屈服强度分别为1832 MPa和997 MPa,断后伸长率和断面收缩率分别为9.5%和28%;经过传统热处理后,定向凝固形成的胞状结构消失,得到马氏体组织。经1075 ℃固溶+1060 ℃油淬+-73 ℃深冷+510 ℃时效处理后激光增材制造 Ferrium M54钢的性能最好,抗拉强度为1863 MPa,屈服强度为1594 MPa,断后伸长率为15%,断面收缩率为59%,硬度为603 HV。     

电弧增材制造工艺约束下的速度规划算法研究

电弧增材制造技术是一种高效率、低成本的金属快速制造方式。然而,电弧增材制造在加工复杂零件时,受制于轨迹曲率变化大等因素,焊枪行走速度无法保持恒定,因而难以获得一致的成形形貌。提出一种基于NURBS插补的工艺约束下的速度规划算法,将电弧增材制造工艺允许的速度波动范围考虑在内,能够减小电弧增材制造过程的速度波动,提高成形形貌的一致性,最大相对误差不超过5%,满足电弧增材制造的成形控制需求。     

飞机滑轨工艺凸台增材-锻造复合制造技术

为了解决某飞机用30CrMnSiNi2A钢滑轨锻件在锻造过程中存在的工艺凸台未充满和折叠等问题，提出了一种增材-锻造复合制造技术。首先，以30CrMnSiNi2A钢作为药芯焊丝，采用电弧熔丝技术在滑轨锻件上增材出工艺凸台；然后，对构件进行一体化锻造，实现整体构件的锻造成形；最后，对热处理后的增材区、增材与锻件本体的连接区进行低、高倍显微组织观察和力学性能检测。结果表明：经过增材-锻造复合制造后，构件增材区的工艺凸台充填完整，晶粒度达到7级或更高，与一体化锻件的晶粒度相当；然而，部分区域中存在明显的气孔和夹杂等缺陷，导致该区域的力学性能严重下降。在低倍下无明显缺陷的试样，其抗拉强度、屈服强度、伸长率和冲击韧性与锻件本体的相当；而有明显缺陷的试样在测试中发生了提前失效，其性能明显低于锻件本体的性能。     

铝合金电弧增材制造成形工艺与性能研究

采用ER5356铝合金焊丝,在AA6061铝合金基板上进行TIG电弧增材制造成形试验,研究焊接电流和预热温度对增材制造成形的影响,分析增材制造成形件的显微组织,并测试其力学性能。结果表明:热输入对铝合金的增材制造成形影响较大,以熔宽作为成形件热输入量指标进行相应电流调节,可实现铝合金的增材制造成形。成形件与基板结合良好,结合处和沉积层层间均为柱状树枝晶,沉积层为等轴晶,顶层由于良好的散热环境,呈现出细小树枝晶向等轴晶转变趋势。成形件的硬度分布较为均匀,平均硬度为71.3 HV。成形件的屈服强度为112 MPa,抗拉强度为255 MPa,伸长率为28.3%,拉伸断裂为典型的韧性断裂。     

铜/钢复合接头旁路热丝等离子弧增材特性分析

以旁路热丝等离子弧焊接方法为技术手段,选择304不锈钢和S201紫铜焊丝为增材材料,开展铜/钢复合接头电弧增材试验,研究增材顺序对异种金属增材成形的影响,对铜/钢复合接头的界面微观组织进行分析,并测试铜/钢复合接头的力学性能. 结果表明,采用先铜后钢的增材顺序,可有效防止铜/钢增材时的熔池塌陷问题,获得成形良好的铜/钢增材接头;由于泛铁现象的存在,铜/钢界面处的硬度和力学性能显著提高,复合接头的抗拉强度为256.8 MPa,断裂发生在铜侧,其断面收缩率为52.8%,断后伸长率为15.68%,断裂形式为韧性断裂.     

超高强度钢热冲压实验研究

设计了一套带冷却系统的热冲压模具,采用设计的模具对硼合金钢板热冲压成形过程进行实验研究,分析了成形过程中板料与模具接触状态对超高强度钢力学性能的影响。结果表明,与传统冷冲压相比,热冲压后的零件回弹角大大降低,可有效地提高成形后零件尺寸精度;硼合金钢板的抗拉强度和屈服强度都得到明显提高,抗拉强度和屈服强度分别达到1400和1000 MPa左右;另外,由于板料/模具界面的冷却条件的影响,热冲压件的抗拉强度和伸长率等力学性能及马氏体组织分布呈现出不均匀的现象,与其他位置相比,零件的侧壁具有更高的拉伸强度和更低的伸长率。     

MIG焊参数及路径对增材制造熔敷层尺寸的影响

基于机器人MIG焊技术,对增材制造金属零件进行了初步研究。通过分析熔化极惰性气体保护焊熔滴过渡形式及焊接参数在增材制造过程中对成形熔敷层几何尺寸的影响,得出了最佳成形时熔滴的过渡形式及焊接参数范围,初步探究了直线与直线过渡、直线与圆弧过渡和圆弧与圆弧过渡3种成形路径形式对成形精度的影响。结果表明,熔敷层宽度随焊接电流的增加呈线性增加,不同成形路径对成形精度有很大的影响。为了控制成形零件的成形精度,需要精确调节不同路径过渡处焊接参数,为增材制造技术的进一步研究和在传统制造行业中的应用奠定了基础。