2319铝合金多层多道激光诱导电弧增材制造组织性能研究

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2319铝合金在绿色制造及轻量化制造中作用非常重要,在汽车制造,航空航天,机械制造等领域应用十分广泛。传统铝合金结构件制造方式主要为铸造和锻造,存在材料浪费多,生产周期长等问题。采用增材制造方式通过由上而下逐层堆积成型结构件具有材料利用率高,灵活度高等特点。MIG电弧增材制造相较于高能束增材制造沉积效率更高,成本更低,但也存在沉积试样尺寸不稳定,组织过于粗大等问题。为了提高MIG电弧增材制造成型精度,本文通过加入小功率激光对MIG电弧进行诱导,制备出表面质量较好的2319铝合金沉积试样。通过对比加入激光前后沉积试样宏观形貌,微观组织,元素分布和力学性能差异,研究加入激光后试样组织演变规律及激光对MIG电弧的诱导机制。本文也对2319铝合金沉积路径及后热处理对沉积试样组织和力学性能影响进行了分析研究。主要研究内容和结论如下:(1)探究出合适的工艺参数,包括堆积电流,堆积速度,激光功率等。制备出成型质量较好的单MIG电弧沉积试样及不同路径激光-MIG电弧复合沉积试样。为后续组织和力学性能检测提供试样。(2)对比研究了加入激光前后2319铝合金试样微观组织演变规律,探究激光对沉积试样微观组织(晶粒形态及大小,共晶组织分布)、元素分布、相组成及力学性能的影响,并探究了激光对MIG电弧的影响机制。微观组织方面,加入激光后,晶粒尺寸明显减小,晶界处共晶组织由连续块状分布转变为细小条状分布,且Cu元素分布更加均匀。力学性能方面,两种工艺沉积试样均为微孔聚集型断裂,加入激光后,抗拉强度得到提高,沿扫描方向平均抗拉强度和断后伸长率分别为271.4MPa,11.6%,分别比单MIG堆积试样提高了12.9%,18.3%。平均显微硬度达到97.0HV0.5,提高了4.98%。(3)对比研究沉积路径对2319铝合金试样微观组织和力学性能的影响。插补堆积及十字交叉两种路径试样晶粒形貌及尺寸变化不大,生长方向发生变化,共晶组织分布变化较大。插补堆积试样平均抗拉强度及断后伸长率高于十字交叉试样。(4)制定了热处理工艺并进行了热处理试验,研究了热处理前后2319铝合金试样组织性能变化,探究了热处理影响机制。热处理后,晶界处共晶组织溶解,由连续条状分布转变为短棒状和点状分布且Cu元素偏析现象得到改善。平均抗拉强度显著提高,接近铸态+时效强度,断后伸长率降低,塑性下降。通过计算发现,强度提高主要原因为过饱和固溶体溶解,强化相析出,固溶强化和析出强化为强度提高主要强化方式。
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