论文部分内容阅读
2A12铝合金以其优异的比强度和良好的加工性成为飞行器制造领域应用最广泛的金属材料之一。脉冲电弧增材制造技术有望实现2A12铝合金大型复杂结构件的快速成型。然而由于增材制造成型过程逐层熔覆累加的特点,决定了其成型需经历高温度梯度的热循环,在不均匀温度场的作用下,材料内部易产生有害残余应力且成型件组织多为非平衡态,并伴有晶粒粗大、成分偏析的现象。热处理可以有效地调整成分偏析和强度损失现象。因此,本文对电弧增材制造2A12铝合金试样的热处理工艺进行了分析和优化。同时,对增材制造过程中产生的气孔问题以及晶粒粗大问题,引入搅拌摩擦焊技术来辅助解决。因此本文对搅拌摩擦辅助电弧增材制造2A12铝合金试样的热处理工艺进行了分析和研究。主要研究结果如下:(1)分析了脉冲电弧增材制造2A12铝合金成型机理,并对组织及力学性能进行了分析。2A12铝合金沉积态顶层组织多为细小枝晶,中部焊道之间层内组织多为粗大胞状晶,底部组织多为柱状枝晶,生长方向垂直于基板;气孔沿着增材制造高度方向无明确分布规律;抗拉强度值为176MPa,屈服强度值为93 MPa,伸长率达到22.2%;(2)完成了脉冲电弧增材制造2A12铝合金试样的固溶时效热处理工艺参数优化正交试验,得出了各因素影响规律及合理热处理工艺。试验结果表明,固溶温度是对抗拉强度、屈服强度和伸长率的影响均最显著的工艺参数,时效温度次之;试验中,抗拉强度达到438 MPa,屈服强度达到322 MPa,伸长率达到25.3%;合理的优化热处理参数分别为固溶温度505℃、固溶时间60min、时效温度190℃、时效时间14h;(3)分析了搅拌摩擦辅助电弧增材制造的成型机理,并对其热处理工艺进行了拓展研究,优化了力学性能。试验结果表明,经搅拌摩擦处理,除热影响区外,接头部位母材粗大晶粒均细化,气孔得以部分消除;但由于工艺参数不合适产生孔洞缺陷贯穿整个焊道;经搅拌摩擦辅助处理后,强度小幅度提升同时塑性恶化十分严重;再进行已优化参数的热处理后,抗拉强度达到为321 MPa,屈服强度为218 MPa,伸长率为8.1%;与T6态热处理前后性能变化相比,优化热处理前后强度和塑性提升效果都更为显著,但与T6态锻件相比强度还有待提高,而塑性已达到锻件水平。