CMT电弧增材黄铜修复层组织和性能的研究

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铜合金零件工作过程中受摩擦磨损、海水腐蚀等作用,尺寸出现缺失而失效,如果处理不当会污染环境,同时造成资源的巨大浪费。为提高材料利用率,实现对受损黄铜合金零件的再制造,采用CMT技术在C35300黄铜表面制备了SG-Cu Al8Ni6镍铝青铜合金熔覆层。同时为寻求CMT增材制造最优工艺参数,获得综合性能优良的修复层,本文研究了不同工艺参数对单层单道熔覆层宏观形貌、微观组织及硬度的影响,同时研究了层间温度对多层单道直壁墙尺寸精度及微观组织、硬度、拉伸性能、耐腐蚀性能的影响,得到了如下结论:(1)实验结果表明,CMT电弧增材单层单道镍铝青铜熔覆层的宏观尺寸与热输入息息相关,而热输入的大小受送丝速度、焊接速度、焊丝倾斜角度工艺参数的影响。焊道成形过程中,送丝速度和焊丝倾斜角度与热输入值呈正相关,焊接速度与热输入值呈负相关;随热输入的增加,焊道表面平整性提高,熔宽、熔深尺寸增加,余高尺寸减小,在送丝速度9.0 m·min-1,焊接速度6.0 mm·s-1时,焊道表面平整度最高,超过这两个参数值时表面质量变差。。(2)不同工艺参数下CMT电弧增材镍铝青铜熔覆层均与基体发生了冶金结合,室温下熔覆层内部组织均是由基体α-Cu、残余β相(马氏体相)、Pb相和KⅠ、KⅡ、KⅢ、KⅣ相组成,随远离基体,β相的含量先增大后减小。熔覆层内部微观形貌呈现出明显的梯度结构,由结合区熔合线处向顶部依次呈现为细小胞晶、沿逆热流方向生长的柱状晶、晶粒尺寸粗大且生长方向紊乱的树枝晶和等轴晶;且随热输入增大,晶粒尺寸逐渐增大。熔覆层平均硬度值为185.6 HV0.5,优于黄铜基体平均硬度123.9 HV0.5,且熔覆层邻近基体区域硬度明显增大,最高可达206.6 HV0.5。根据宏观形貌、微观组织综合分析,CMT增材单层镍铝青铜最优工艺参数为送丝速度9.0 m·min-1,焊接速度6.0 mm·s-1。(3)层间温度是影响镍铝青铜直壁墙侧表面尺寸精度的重要因素。随层间温度增大,直壁墙侧表面粗糙度逐渐增大,尺寸精度降低,在层间温度达到300℃时,各层出现错位、外溢下榻现象。镍铝青铜直壁墙单层微观组织沿堆积方向依次呈现胞晶、等轴晶、柱状晶、树枝晶,直壁墙组织整体以单层为一周期呈现循环规律,枝晶尺寸随远离基体波动增大;随层间温度增大,直壁墙同一高度区域微观组织尺寸逐渐增大。直壁墙硬度值在155-185 HV0.5之间,单层结合区硬度值高于内部其他区域,直壁墙整体硬度随远离基体呈减小趋势。直壁墙平均显微硬度值为2.40 GPa,比基体提高了1.57倍,平均弹性模量值为122.79 GPa,比基体提高了1.99倍,层间温度参数对镍铝青铜内部显微硬度大小无明显影响。直壁墙在焊接方向和斜向下45°方向抗拉强度值在570 MPa左右,远大于堆积方向550 MPa左右的抗拉强度值,堆积方向、焊接方向和斜向下45°方向上的延伸率分别为41.14%、54.00%、41.04%,焊接方向延伸率数值最高;直壁墙耐腐蚀性能优于基体。
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