电弧微铸锻复合增材制造GH4169D高温合金的显微组织与力学性能

GH4169D合金作为一种新型的高力学性能和高稳定性的镍基高温合金,在用于制造高性能复杂结构零件方面具有巨大应用价值,但该合金在电弧增材制造中表现出柱状晶粗大、力学性能各向异性等问题。本工作采用电弧微铸锻复合增材制造(hybrid arc and micro-rolling additive manufacturing,HARAM)技术成形GH4169D高温合金试块,并制定多种热处理制度对所成形的试块进行热处理。运用OM、SEM、EBSD、EDS、XRD、TEM等手段以及室温拉伸实验对合金的微观组织和力学性能进行观测和分析,并与常规电弧熔丝增材制造(wire and arc additive manufacturing,WAAM)方法成形的GH4169D合金进行对比。结果表明,HARAM技术中同步轧制的“微锻”作用能有效地使合金原本粗大的柱状晶发生“破碎”。与常规WAAM方法相比,采用HARAM技术所成形合金的室温抗拉强度提高(X向提高48 MPa,Z向提高90 MPa),力学性能的各向异性得到有效抑制。均匀化+固溶+双时效热处理有效消除了HARAM技术成形合金中的Laves偏析相,并...     

CMT电弧增材制造TC4钛合金的显微组织与力学性能

采用冷金属过渡(CMT)电弧增材制造技术制备了TC4钛合金样品,测试了沉积态试样的拉伸性能、冲击性能和疲劳性能,讨论电弧增材制造钛合金成形件的疲劳断裂机理。结果表明：经历CMT工艺条件下的快速熔凝过程后,钛合金成形件内宏观组织由外延生长的粗大β柱状晶组成,显微组织为细长α片层和网篮组织。成形件拉伸强度较高,达到锻件拉伸强度水平,但是塑性较低,略低于锻件塑性,且存在一定的各向异性,拉伸断口呈现半解理断裂与半韧性断裂特征。沉积态钛合金成形件具有良好的冲击性能,但冲击性能的各向异性并不显著。钛合金成形件的高周疲劳极限为460 MPa,疲劳源均形核于条状未熔合缺陷及气孔缺陷处。缺陷直径越大,距离表面越近,应力集中现象就越明显,导致样品具有较低的疲劳强度和疲劳寿命。     

电弧增材制造GH3039组织和性能研究

镍基高温合金GH3039广泛地应用于航空发动机燃烧室等零部件。采用增材制造技术制备GH3039部件可以克服其加工性能差、材料利用率低等问题。本研究首次采用基于熔化极气体保护焊的电弧增材制造（GMAW-WAAM）技术制备了GH3039薄壁件。利用光学显微镜（OM）、显微硬度仪和拉伸试验分析了薄壁构件的组织和性能。结果表明,采用GMAW-WAAM制备的GH3039构件组织致密,无气孔或裂纹等缺陷。合金的显微组织主要由高度方向生长的粗大柱状晶和层间细小晶粒构成。沉积态合金具有较好的室温和高温性能：室温抗拉强度520~540MPa,断后延伸率36~40%; 800°C抗拉强度189MPa,断后延伸率35.4%。本研究验证了采用GMAW-WAAM技术制备GH3039部件的可行性。     

超高频电弧增材制造GH4169合金热处理组织

采用超高频脉冲电弧增材工艺成形了GH4169高温合金薄壁件,并制定了两种热处理制度. 试样分为3组:未热处理组、固溶+时效组和均匀化+时效组,并对电解腐蚀后的显微组织进行了对比和分析. 结果表明,未经热处理的组织主要为粗大枝晶,晶间有较多的Laves相,在超高频电弧的作用下,其组织比常规脉冲电弧沉积成形得到的组织尺寸更小;固溶+时效处理后的组织,γ基体上分布着大量片状δ相、γ″相和一定量的γ'相,残留有少量Laves相;均匀化+时效后的组织,δ相基本消失,基体上分布有大量颗粒状的γ″相和γ'相,及少量的小块状Laves相和碳化物.     

5356铝合金TIG电弧增材制造组织与力学性能

采用钨极惰性气体保护焊(TIG)电弧增材制造工艺制备5356铝合金成形件,并对成形件的组织和力学性能进行研究.结果表明,5356铝合金增材制造的相组成为α-Al基体和β(Al3Mg2)相;随沉积高度增加,沉积层显微组织由等轴晶向柱状晶转变,达到热平衡状态后趋于稳定,这是因为增材制造具有热积累效应;最顶层组织呈现树枝状,...     

铝合金电弧增材与激光冲击强化复合制造组织与性能

对电弧增材铝合金试样进行激光冲击强化,观察激光冲击强化对电弧增材铝合金材料的现象,分析了激光冲击强化对电弧增材铝合金微观组织和力学性能的影响。激光冲击强化后,未影响区域的微观结构与电弧增材试样的结构相似,由细长的柱状晶区和位于柱状晶区之间的细小等轴晶区组成;受影响区中杂乱分布着的中等大小的等轴晶及较长的柱状晶。激光冲击改变了材料微观结构,出现了中等大小的等轴晶,减少了气孔。激光冲击强化后,增材铝合金表面均产生了残余压应力场,在合理的工艺参数下,可以获得最大残余压应力约为-124 MPa。在不同试验参数下,冲击能量、冲击次数和搭接率的提高都能增加铝合金的显微硬度和影响深度,证明激光冲击强化技术显著提高了电弧增材铝合金试样表面性能,在改善力学性能方面有重要作用。     

激光增材制造GH3625高温合金激光焊接头组织及力学性能

对激光增材制造GH3625高温合金进行激光对接焊实验,分析了焊接接头的显微组织演变规律和力学性能。结果表明,在热影响区,仅在上层晶界处析出大量Laves相,导致晶界发生明显粗化。沿焊缝上层至下层,熔合区和中间区由上层的胞状晶、柱状晶和等轴细晶逐渐转变为下层的柱状晶,且紧贴熔合线生长的等轴细晶的数量逐渐增多,中心区均为树枝晶。细小颗粒状γ′相弥散分布于焊缝;大量Laves相在中间区枝晶间析出,且形态由上层的条状逐渐转变为下层的颗粒状。接头抗拉强度为872MPa,达到母材抗拉强度的98.2%,伸长率达到母材的90.7%。接头断面近似呈45°斜面,断裂形式为脆性和韧性混合断裂方式。     

电弧增材4043铝合金显微组织及力学性能分析

采用熔化极氩弧为热源,ER4043焊丝为增材材料,电弧增材成型4043铝合金板材。利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对其内部不同区域组织进行分析。使用电子万能试验机对其不同区域进行力学性能测试。结果表明:电弧增材成型4043铝合金板材内部组织为细小条状的Al-Si共晶呈一定方向性延伸分布于α固溶体内,且靠近增材成型顶部的Al-Si共晶分布相对于靠近成型基材的部位更加弥散;成型铝合金板材的力学性能呈现各向异性,平行于增材高度方向具有更好的力学性能,且靠近增材成型顶部的部位比靠近成型基材的部位具有更好的力学性能。     

电弧增材制造304L奥氏体不锈钢的显微组织和高温力学性能研究

研究了电弧增材制造304L不锈钢的显微组织和高温力学性能。电弧增材制造过程中每个熔覆层受到的热循环都不相同,上一层对下一层起到预热的作用,下一层对上一次起到热处理的作用。利用奥氏体不锈钢的凝固模式预测显微组织。通过XRD和光学显微镜分析实际显微组织。结果表明:预测显微组织与实际显微组织一致,为树枝状奥氏体和板条状、骨骼状铁素体。增材制造试样的下部显微硬度高于上部的。在成型构件的三个轴向取拉伸试样用于高温拉伸实验,得到z轴在550℃的屈服强度低于其他两个轴向,三个轴向其余的力学性能相似。     

电子束熔丝增材制造GH4169组织及力学性能研究

对电子束熔丝增材制造GH4169多道多层沉积试样块进行了研究,分析了电子束熔丝增材制造沉积块不同高度与不同成形方向的显微组织以及力学性能.结果表明,电子束熔丝增材制造的GH4169组织及力学性能存在明显的各向异性.成形试样的显微组织主要为γ相和共晶γ+Laves相以及碳化物相,枝晶间存在大量的Laves条带;不同成形方...     

超声振动辅助电弧增材制造2219铝合金的显微组织及力学性能

在附加与焊枪同步运动的超声振动辅助条件下,采用电弧增材制造技术制备2219铝合金单道多层沉积件,并分析其显微组织与力学性能的变化。结果表明：附加超声振动后试样的晶粒明显细化,晶粒粒径在20μm以下的比例由29.32%提升至46.59%,平均粒径由36.80μm下降至30.19μm。同时,在试样的显微组织中出现了大量的亚晶区。经附加超声振动后,试样的显微硬度由79.9HV提升至93.8HV,试样在竖直方向上的拉伸性能得到了一定程度的强化,水平方向上的屈服强度也有所提升,但伸长率显著下降,这可能与拉伸件中存在的缺陷相关。     

BC-MIG丝材电弧增材制造NAB/钢复合结构的微观组织与力学性能

使用旁路分流熔化极惰性气体保护焊(bypass current metal inert gas welding,BC-MIG焊)在水冷条件下增材制造镍铝青铜(nickel aluminum bronze,NAB)和25号钢复合结构,以评估异种金属增材制造的可行性.通过光学显微镜、扫描电子显微镜、万能试验机和硬度测试仪研究了热处理前后复合结构的微观组织和力学性能的影响.通过X射线衍射仪研究了界面附近残余应力,结果表明,在BC-MIG焊的低热输入和水冷的高冷却速率下,结构件表面成形良好且自由变形较小,接头未发现缺陷和裂纹.热处理促进了Cu, Fe元素的相互扩散,扩散层由4μm提高到了17μm,但界面没有形成Fe-Al金属间化合物层.在水冷条件下,钢的残余应力分布在-350～-250 MPa之间,而NAB的残余应力差异较大,在-550～90 MPa之间.拉伸试验结果表明,热处理后,由于残余应力降低,结构的抗拉强度略微降低,但断后伸长率明显提高.     

铝合金激光-电弧复合增材制造工艺分析

复合热源能够发挥两者各自的优势,同时弥补两者各自的不足。采用基于弧焊的金属材料增材制造技术进行墙体堆积过程中,层间停留时间成为影响焊接性能的一个重要焊接参数。使用熔化极气体保护焊(MIG焊),通过改变不同的层间停留时间,对5356铝合金增材制造过程进行研究。研究表明,采用常规熔化极气体保护焊进行多层单道堆积墙体时,对不同层间停留时间进行控制,墙体可以获得较好的力学性能。在最佳的层间停留时间下,采用低功率激光电弧复合热源,通过适当的激光电弧能量匹配,可以进一步提高墙体的力学性能和墙体组织的均匀性。     

激光诱导MIG电弧增材制造5356铝合金薄壁零件组织及力学性能

采用激光诱导MIG电弧增材制造的方法制造5356铝合金薄壁零件,并对沉积态材料的组织特征及力学性能进行研究。观察结果发现,沉积态5356铝合金的截面存在波浪形条纹,顶部区域由柱状晶和等轴晶组成;中下部区域的Mg含量高于顶部区域,组织主要为树枝状。拉伸结果显示,沉积态材料的平均抗拉强度为279.75 MPa,平均断后伸长率为24.38%。试样的强度性能呈各向同性,塑性性能存在一定的各向异性。试样内部存在氢气孔,液态金属中的氢无法逸出和激光小孔的瞬间失稳是形成氢气孔的主要原因。     

Inconel 617镍基合金电弧增材制造微观组织与力学性能

电弧增材制造技术基于分散累加原理,可实现镍基高温合金复杂结构快速无模加工,是一种广受关注的先进加工技术。该研究以高温耐蚀合金Inconel 617增材制造块体为研究对象,采用OM,SEM及万能拉伸试验机等手段分析了增材制造镍基合金块体微观组织及力学性能。研究结果表明,Mo元素在柱状枝晶间偏析,促使大尺寸的Laves相沿枝晶析出。在拉伸应力下,Laves相由于脆性较高,易发生断裂,诱发裂纹萌生。由于裂纹扩展路径在不同方向拉伸时存在显著差异,导致增材制造构件沿沉积方向强度（900 MPa）显著高于垂直沉积方向强度（700 MPa）。该研究为电弧增材制造镍基合金的组织性能调控奠定了一定基础,为进一步推动电弧增材制造镍基合金构件的应用进行了有益探索。     

激光增材制造Nb合金化GH4169合金组织分析

采用球磨合金化的方式,在常规GH4169合金粉末中添加Nb元素,利用激光增材制造技术成形了具有不同Nb含量的GH4169试样,研究了Nb含量对激光增材制造GH4169合金组织的影响。结果表明：激光增材制造Nb合金化GH4169合金显微晶粒结构仍为粗大柱状晶组织;随着Nb含量的增加,合金粉末在熔池中合金化反应放热量增多,使得柱状晶的生长方向由偏离激光束中心向外生长逐渐变化为朝向激光束中心向内生长。由于熔池中溶质浓度和粉末熔化放热量的增加,使得枝晶间γ+Laves共晶组织的数量增多,逐渐形成连续网状的共晶组织;DSC分析结果发现,随着Nb元素添加量的增加,共晶Laves相的初熔点升高,枝晶干γ相的熔点略有降低。另外,合金化改变了初生γ相的成分,枝晶干Nb元素含量最高浓度达到7.5wt.%,合金固溶强化作用得到加强。     

激光增材制造钛合金微观组织和力学性能研究进展

激光选区熔化(SLM)技术与激光熔化沉积(LMD)技术在航空航天、生物医疗等领域的应用具有巨大潜力,但由于成形的Ti6Al4V合金构件存在较差的表面质量、较大的残余应力以及内部孔洞等问题,影响了构件的力学性能,从而制约了其大规模的应用。针对这一现状,首先概述了激光选区熔化技术与激光熔化沉积技术的制造原理,比较了2种增材制造技术的成形参数及其特点,并分析了2种不同成形技术的自身优势以及适用场合。其次,从2种增材制造技术成形钛合金的工艺参数入手,综述了激光功率、扫描速度、激光扫描间距、铺粉厚度、粉床温度等参数对SLM工艺成形钛合金的影响,以及激光功率、扫描速度、送粉速率等参数对LMD工艺成形钛合金的影响。发现成形工艺参数直接影响了粉末熔化程度、熔合质量和成形显微结构,从而影响成形件的组织与力学性能。此外,综述了不同的扫描策略对两种增材制造技术成形钛合金的表面质量与力学性能的影响,可以发现在不同扫描策略下同一试样表面的不同区域表面质量、残余应力以及抗拉强度存在较大差异,同一扫描策略下试样的不同表面之间也存在各向异性。最后,探讨了不同热处理工艺对钛合金微观组织和力学性能的影响,通过合适的热处理能够降低成形构件应力,并调控组织相变和性能。     

丝材电弧增材制造TA15/TC11梯度结构材料的显微组织和力学性能

利用丝材电弧增材制造的方法制备从TA15过渡为TC11的梯度结构材料,并对该梯度结构材料的晶粒形态、化学成分、显微组织和力学性能沿沉积方向的变化情况进行表征和研究.结果表明,从TA15到TC11,晶粒尺寸减小,并且发生从柱状晶到等轴晶的转变.合金元素的含量在短距离内变化很大,突变区的宽度为800μm.TA15区域和TC...     

激光增材修复Ti60钛合金显微组织及力学性能

本文对整体叶盘材料Ti60钛合金进行激光增材修复,研究其显微组织及力学性能。结果表明,热影响区组织呈现由基体区双态组织向修复区网篮组织的过渡特征,平均宽度约为900 μm。修复区主要由贯穿多个沉积层的外延生长的柱状晶组成,柱状晶内为分布均匀的α相网篮组织。三个区域内均弥散分布着Ti3(Sn, Al)小平面相,尺寸相近,其形貌和含量却因制备工艺凝固速度的不同而差异明显。三个区域硬度相当。拉伸试样断口特征表明激光增材修复Ti60钛合金的断裂机制为混合型断裂,平均抗拉强度和屈服强度分别为992.4 MPa和916.6 MPa,优于Ti60钛合金锻件强度标准,断后伸长率和断面收缩率的平均值为8.5%和14.6%,与Ti60钛合金锻件标准相差不大,达到实际工程应用要求。     

304不锈钢冷金属过渡电弧增材制造组织及力学性能

开展了不同填充速度的不锈钢冷金属过渡电弧增材制造试验,实施了构件不同位置的拉伸试验并且分析了断口形貌,探讨了构件微观组织特征。 结果表明,冷金属过渡电弧增材制造是一种可行的金属增材制造工艺;由于构件在垂直方向的微观组织不均匀,水平拉伸的屈服强度和抗拉强度均高于垂直拉伸;随着送丝速度增加,扫描的热输入增加,熔化区的二次枝晶间距变大,抗拉强度降低。