铝合金零件电弧增材制造工艺研究

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:coolfish_dj
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电弧增材制造(Wire Arc Additive Manufacturing,WAAM)以其极高的成形效率和低廉的成本使得人们渐渐将电弧增材作为个性化零件定制的新选择。近些年来,电弧增材(WAAM)以较低的成本、较高的成形效率和较高的材料利用率在航空宇航领域已经逐渐开始应用,由于铝合金电弧增材成形质量低下,针对铝合金电弧增材工艺的研究较少。本文针对电弧增材制造5356铝合金薄壁和墙体试样工艺进行了研究。分析了波形、摆动幅度A、当量速度Vt和摆动角度α等工艺参数,研究了工艺参数对摆动成形电弧增材制造的5356铝合金试样外观和表面尺寸精度的影响。从摆动成形电弧增材的制造工艺试验来看,最佳电弧参数为:送丝速度8.5m/min、焊接速度0.020m/s、摆动幅度4.5mm、摆动角度为α=80°。通过对增材工艺和组织缺陷的控制,成功打印出了形貌和质量优良的铝合金弧框通过对比冷金属过渡技术(CMT)和熔化极惰性气体保护焊技术(MIG)两种增材工艺制造出的沉积块,MIG成形形貌由于热输入大,边缘塌陷情况严重,反之CMT试样表面规则均匀;电弧增材气孔缺陷聚集在熔合线附近,其中采用MIG方式增材试样气孔缺陷尺寸和数量明显多于CMT增材试样,CMT试样气孔直径低于5μm同时符合“Ⅰ级”射线探伤标准;CMT和MIG两种增材工艺试样光镜组织差异明显,MIG试样组织熔合线明显,而CMT试样由于热输入低,熔合线不明显且层内组织等轴化明显,而CMT试样出现了明显的Mg元素偏析;CMT试样抗拉强度平均值为261Mpa显示出各向同性,而MIG试样各向异性明显,柱状晶使得z向强度略低于xy向。本文对WAAM 5356铝合金进行了四种不同的冷却辅助工艺研究。研究了不同冷却工艺对材料几何形状、缺陷、金相及性能的影响。主要研究结果包括:在铝镁合金的WAAM工艺中,采用在线冷却辅助工艺保持了最低层间温度,且沉积壁厚最容易控制在规定尺寸;特别是,薄壁两端看不到明显的弧坑;采用在线冷却工艺后,孔隙率降低到0.1%,降低层间温度对晶粒细化有显著影响。通过EDS和XRD对微观结构的分析发现,在熔合线附近出现第二相,在线冷却工艺试样层间偏析最为严重,自然冷却工艺中出现了镁元素烧蚀;结果表明,冷却工艺极大影响了强度、延伸率和硬度等力学性能,其中在线冷却工艺效果最好。通过不同冷却工艺制备的拉伸试样虽然均是塑性断裂,但发现自然冷却试样部分部位出现解理断裂。
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