热处理对GTA增材制造TiAl合金组织与性能的调控

针对Al原子含量为45%的电弧沉积态TiAl合金,进行了基于热处理的组织与性能调控研究. 结合Ti-Al二元相图分别制定了1080, 1200, 1270, 1350 ℃ 4个加热温度,保温1 h后随炉冷却. 结果表明,随着加热温度的升高,合金内偏析现象逐渐消失,晶界γ相减少,组织形态逐渐向全层片结构转变,且层片晶团尺寸逐渐增加. 在1350 ℃下分别保温5,30 min和1 h,发现随着保温时间的延长,层片晶团逐渐粗化. 基于单级热处理试验结果提出循环热处理工艺,将沉积态合金在900 ~ 1200 ℃之间多次循环“加热-短时保温-冷却”,获得了细小的层片晶团组织,合金硬度降低,抗压强度与压缩率均提高.     

增材制造TiAl合金的研究进展

采用等离子电弧双丝增材制造技术成功制备了Ti-48Al合金(at.%),并对其沉积态和热处理后的组织特征进行了系统地研究. 结果表明,沉积态Ti-48Al合金主要由α₂相和γ相组成,沿着沉积方向,沉积态组织呈现由树枝晶区和片层晶团区交替分布的不均匀性特征,并且在树枝晶区存在严重的枝晶间Al元素偏析现象. 在1340 ℃/10 h/炉冷热处理后,不均匀的沉积态组织转变为晶粒尺寸细小的双态组织,Ti-48Al合金的微观组织的不均匀性获得明显改善,并且α₂相含量显著增加,组织的择优取向减弱.

     

CMT电弧特性对5A56铝合金增材制造构件组织与性能的影响

为了研究CMT电弧特性对铝合金增材制造构件组织与性能的影响,采用CMT、CMT-VP及CMT-P三种电弧形式分别对5A56铝合金进行电弧增材制造.通过高速摄像同步采集系统分析增材制造中的电弧形态及熔滴过渡过程进行跟踪,研究电弧特性对铝合金增材制造构件微观组织与力学性能的影响.试验结果表明:电弧特性对电弧行为和熔滴过渡都产生影响,CMT-VP电弧的EN阶段电弧形态发生变化,弧根上爬包裹熔滴,极区热量使焊丝熔化量增加;CMT-P中脉冲阶段电弧电压和电流都处于峰值且电流峰值较高,导致电弧力较大,熔滴过渡呈滴状,熔池振荡;在焊接电流与熔敷速度相同情况下电弧的线能量大小为CMT-P>CMT>CMT-VP,较低的热输入量使得CMT-VP电弧下薄壁试样的晶粒尺寸最小,组织分布较为均匀,且CMT-VP电弧下试样的力学性能更为优异,硬度均值最高,达到86.01 HV,横向与纵向抗拉强度均最大,分别为344.68?MPa和324.61?MPa,其延伸率分别为30.33％和21.04％.而CMT-P电弧的热输入最大,易形成粗晶组织,力学性能较差.     

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。     

超声振动对CMT电弧增材制造铝合金组织与性能的影响

为减少电弧增材制造铝合金中的气孔及粗大晶粒,采用超声振动辅助CMT电弧增材制造的方法堆焊4043铝合金薄壁件,研究了超声振幅对沉积态材料微观组织及力学性能的影响。研究发现,熔池内部枝晶在超声振动的作用下发生破碎,使得熔池内部液态金属形核率增大,细化晶粒,粗大柱状晶粒也在熔池振动搅拌下转变为细小等轴晶粒。与未使用超声振动辅助的试样相比,平均晶粒尺寸减少了22.5%。同时超声振动引起的空化及声流效应使得试样中气孔尺寸以及数量减小。但随着超声振幅的增加,熔池内部的能量逐渐加大,热输入的增加也使得晶粒发生粗化现象。过大的超声能量破坏了焊缝的结构完整性,导致焊缝内部出现孔洞。施加超声振动试样的抗拉强度较未施加时上升了8.2%~16.3%,且随着超声振幅的增大,抗拉强度及断后伸长率的各向异性逐渐减小。     

预热温度对GTA增材制造钛铝合金组织及性能的影响

高温结构材料TiAl金属间化合物的可加工性较差,复杂结构成形技术难度大,制造成本高. 电弧增材可以实现TiAl基合金的原位低成本柔性制造,但制造过程中仍需注意裂纹控制问题. 预热处理通过改善组织可以有效抑制裂纹产生. 文中以Ti6Al4V与ER1100纯铝焊丝作为原材料,在200 ,300,450 ℃的预热温度下利用TIG焊原位合成了铝含量为50% (原子分数)的TiAl基合金,考察了不同预热温度下TIG电弧增材制造的钛铝合金的组织与力学性能. 结果表明,随着预热温度的增加,构件的顶部与中部区域逐渐在γ/α₂层片团的晶界析出更多的块状γ相,底部组织变化不明显. 预热温度的增加使得合金中γ相增多而α₂相减少,导致合金室温硬度减少. 同时,弥散分布的块状γ相的增多,使得构件的压缩性能提升,当预热温度为450 ℃时,构件抗压强度与压缩率最高.     

MIG电弧增材制造6061铝合金的组织和性能

探索MIG电弧增材制造6061铝合金构件的工艺成形性,并对成形件不同区域的微观组织及力学性能开展研究.结果表明,当送丝速度/焊接速度的比值P在0.5 ~ 1之间,且送丝速度在5 ~ 7 m/min之间时,可获得良好焊道形貌;堆积焊道层与层之间交界处为结合层,其余区域为沉积层,结合层和沉积层呈现出沿堆积高度方向灰白色带依次交替的形貌,并都呈现出各种尺寸大小的气孔多发的状态;显微硬度和拉伸测试发现:沿着堆积方向硬度变化不大,结合层硬度低于沉积层,且硬度波动性更大;不同区域水平方向强度差异不大,堆积方向强度比水平方向略低,平均断后伸长率分别为18%和22.6%,两个方向拉伸断口皆以韧窝为主,属于韧性断裂.     

等离子电弧双丝增材制造Ti-48Al合金组织特征

采用等离子电弧双丝增材制造技术成功制备了Ti-48Al合金(at.%),并对其沉积态和热处理后的组织特征进行了系统地研究.结果表明,沉积态Ti-48Al合金主要由α2相和γ相组成,沿着沉积方向,沉积态组织呈现由树枝晶区和片层晶团区交替分布的不均匀性特征,并且在树枝晶区存在严重的枝晶间Al元素偏析现象.在1 340℃/10 h/炉冷热处理后,不均匀的沉积态组织转变为晶粒尺寸细小的双态组织,Ti-48Al合金的微观组织的不均匀性获得明显改善,并且α2相含量显著增加,组织的择优取向减弱.     

同轴送粉激光增材制造Al-Zn-Mg-Cu合金应力场数值模拟

采用Ansys软件建立了同轴送粉激光增材制造Al-Zn-Mg-Cu合金的有限元模型,对该模型进行了试验验证,模拟分析了不同激光功率和扫描速度单层单道成形过程中的温度场和应力场。结果表明,模拟得到的应力与试验结果误差约为5.2%,验证了模型的准确性。激光成形过程中,激光作用产生“端部效应”,熔池前端的温度梯度大,后端的温度梯度小。随着激光功率的增加和扫描速度减小,熔池温度增加,激光功率的影响更加显著。随着激光功率与扫描速度的增加,沉积层的三向应力也随之增大,最大Von mises等效应力与垂直于扫描方向的应力σ_y呈“W”形分布,沿扫描方向的应力σ_x先增大后减小,且σ_x>σ_y。当沉积层冷却至室温时,其表面残余应力主要为拉应力,且沉积层中部位置的残余应力高于边缘位置的残余应力。     

增材制造高温合金组织及缺陷研究进展

增材制造作为一种先进的数字化制造技术,广泛应用于高温合金制备研究中。介绍了增材制造高温合金的微观组织基础上,梳理增材制造过程中的气孔种类及特征,回顾了裂纹种类及开裂倾向性模型的发展过程,综述数值模拟技术在增材制造高温合金性能优化的应用,并对增材制造高温合金的研究和发展进行了展望。     

基于TIG三丝电弧增材制造Al-Zn-Mg-Cu合金成形规律探究

采用基于TIG三丝电弧增材制造系统,通过提前对增材构件进行成分设计,选择增材目标成分为7050铝合金,确定了三丝的送丝速率.系统探究了平均脉冲电流与沉积速度在3mm厚5A06薄板下单层单道成形的影响规律,并找到了成形较好的工艺区间.在该工艺区间内进一步探究了不同脉冲电流与沉积速度对多层单道成形的影响规律.结果表明,随着...     

TIG电弧增材制造5356铝合金微观组织与拉伸性能

为解决电弧连续增材时,由于热积累效应导致堆敷层的塌陷问题,在基板底部加装水冷铝板,制备了水冷断续、水冷连续两种不同工艺的4047铝合金直壁构件,并制备无水冷条件下的增材构件作为对照. 通过对比3种工艺条件下的构件基板热循环曲线、晶粒形貌、抗拉强度、硬度和断后伸长率,研究水冷条件对增材构件宏观形貌、微观组织和力学性能的影响. 结果表明,水冷断续条件能够有效降低热量积累,增材构件侧壁更加平整. 水冷连续条件下增材直壁构件成形最好,两端无塌陷产生,且成形效率最高. 3种增材构件底部晶粒都以等轴晶为主,其余部位都以柱状晶和树枝晶为主. 水冷连续条件下构件的晶粒尺寸最大,水冷断续条件下晶粒尺寸最小. 各增材工艺制备的构件力学性能与ZL102铸造铝合金相当,其中水冷断续工艺制备的增材构件力学性最好.     

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。     

CMT电弧熔丝增材制造AZ31镁合金组织与性能调控研究

冷金属过渡(CMT)电弧熔丝增材制造镁合金具有广阔的应用前景,但存在微观组织不均匀、力学性能各向异性等问题。文中以AZ31镁合金为研究对象,探索不同输入能量密度对宏观成形质量的影响,分析微观组织演化规律并对其力学性能进行调控。结果表明,在合适能量密度下可成形出表面平整、无明显宏观冶金缺陷的镁合金试样,沉积态试样的底部、中部和顶部微观组织存在显著差异。固溶热处理后,枝晶间的粗大组织得到消除,试样在水平和竖直方向上的强度和塑性明显提升,力学性能各向异性得到有效改善。研究结果为CMT电弧增材制造强韧性匹配镁合金提供了技术参考。     

多系列铝合金电弧增材制造技术研究进展

电弧增材制造技术适用于铝合金大型复杂构件的一体化成形制造,当前国内外学者已针对不同系列的铝合金进行了大量研究。梳理了近年来铝合金电弧增材制造技术的相关研究,总结了针对Al-Cu、Al-Mg、Al-Si、Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si和Al-Zn-Mg-Cu多个系列铝合金的电弧增材研究进展,包括各系列铝合金的组织性能特点、成形效果等方面的研究成果。介绍了铝合金电弧增材制造中常见的组织缺陷,如电弧增材铝合金组织中的孔洞、热裂纹等,以及采用合适的工艺参数和合金设计等解决办法。通过对不同系列铝合金的增材现状和组织缺陷的分析,为铝合金电弧增材制造技术的进一步发展提供了有益的参考。     

孕育剂SiC对Al-Zn-Mg-Cu合金GMAW电弧增材制造构件微观组织及力学性能的影响

Al-Zn-Mg-Cu合金以其高比强度、优良的导热性与耐腐蚀性常用于航空航天、汽车等领域,采用电弧增材制造并探索添加孕育剂的作用对于改善高强铝合金性能、促进其工程应用具有重要意义。本研究采用Al-Zn-Mg-Cu合金焊丝进行GMAW电弧增材制造,通过添加SiC颗粒改善构件微观组织及力学性能,并对比了微米级与纳米级SiC颗粒作用效果。结果表明,常规Al-Zn-Mg-Cu合金电弧增材沉积件微观组织有明显分层现象,随着沉积层数增加,热量累积,晶粒变得粗大且向着柱状晶的形态转化。而SiC的加入抑制了微观组织向柱状晶转变的趋势,使沉积件整体微观组织分布更加均匀,同时晶粒平均尺寸整体由94.57μm可细化至59.3μm,细化程度为37.29%,局部最高可细化44.26%。在力学性能上提高了Al-Zn-Mg-Cu合金电弧增材沉积件的硬度,由HV112提升至HV120,提升程度约7.14%,且硬度波动变化减小。另外,SiC颗粒的添加提高了Al-Zn-Mg-Cu合金电弧增材沉积件的强度与韧性。整体上看,与添加微米级SiC颗粒相比,添加纳米级SiC颗粒Al-Zn-Mg-Cu合金电弧增材制造得到的构件微观组...     

原位合金化双丝电弧增材制造γ-TiAl组织性能研究

本文采用双丝电弧增材制造的方法制备了Ti-48Al合金,在此基础上通过原位合金化制备了Ti-48Al-2Cr-2Nb金属间化合物,借助XRD,OM,SEM,微小力学拉伸以及高温氧化试验表征了两种合金的组织与性能。研究结果表明,两种堆积试样的成分均匀,并且均由γ-TiAl和α2-Ti3Al片层组织组成,微量合金元素Cr和Nb的添加不改变合金的相组成。微小力学拉伸结果证实了Cr和Nb微量元素的添加可以显著提高合金的抗拉强度,但对塑性没有明显的影响。高温抗氧化性试验结果表明,Ti-48Al-2Cr-2Nb合金试样比Ti-48Al合金具有更优良的抗氧化性能,试样的最终增重由5.26 g/cm2降低至1.95 g/cm2。     

冷却速度对电弧增材制造TC4组织性能的影响

电弧增材制造(WAAM)技术兼具生产效率高和成本低的特点,但为保证其生产的零部件的综合性能,往往需要进行后续的热处理.文中采用WAAM技术制备了TC4试样,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、拉伸试验机及硬度仪研究了冷却速度(950℃/2 h/WC水冷、950℃/2 h/AC空冷、950℃/2 h/FC炉冷)对TC...     

Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金组织和性能的影响

研究了Zr对Al-Zn-Mg-Cu合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,添加少量Zr可以细化合金铸态组织,并且在热挤压过程中抑制再结晶。在固溶时效过程中,可以促进第二相粒子的析出,从而使基体中析出均匀弥散第二相粒子。T6状态下,未加Zr的合金其抗拉强度仅为600MPa,伸长率为10.5%;而加Zr后其抗拉强度超过650MPa,伸长率达到12.3%。     

钇含量对电弧增材制造2319铝合金组织与性能的影响

以不同钇含量的2319铝合金丝材为原材料,采用基于冷金属过渡的电弧增材制造工艺(wire arc addictive manufacturing,WAAM)制备2319铝合金,研究了钇含量对WAAM 2139铝合金的显微组织及力学性能的影响. 结果表明,添加Y元素可明显细化直接沉积态WAAM 2319铝合金的晶粒,细晶强化及第二相强化作用显著,间接影响了时效过程析出的二次析出相θ′的数量,同时,未对直接沉积态WAAM 2319铝合金中气孔缺陷的大小、分布产生显著影响. 随着钇含量的增加,合金凝固过程含钇化合物在晶粒交汇处偏析程度增大,使得合金成分过冷度减小,导致WAAM 2319铝合金的晶粒尺寸呈现先减小后增大的趋势,抗拉强度和屈服强度呈现出先上升后下降趋势,断后伸长率逐渐下降. 当钇含量为0.15%时,WAAM 2319铝合金表现出最优的力学性能,即抗拉强度484 MPa、屈服强度348 MPa和断后伸长率10.5%.