【摘 要】
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电弧增材制造技术因制造流程和周期短、原材料浪费少、制造效率高、制造成本低等优点,成为金属零件高质量、全密度、成形经济与快速制造领域极具竞争力的成形技术之一,但是,该技术在如何提升成形精度以及如何提高零件组织和性能均匀性等方面仍需要加强探索。为提升电弧增材制造铝合金制件组织性能,本课题对CMT电弧-微锻复合增材制造变形铝合金进行研究,包括5A56电弧自由沉积工艺,以及电弧-微锻工艺对不可热处理5A5
【基金项目】
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载人航天四批项目(040301)“舱体结构局部特征智能微铸锻成形”; 工信部民机专项(MJ-2017-G-***)“大型整体结构等离子弧/电弧增材制造工艺及装备技术”;
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电弧增材制造技术因制造流程和周期短、原材料浪费少、制造效率高、制造成本低等优点,成为金属零件高质量、全密度、成形经济与快速制造领域极具竞争力的成形技术之一,但是,该技术在如何提升成形精度以及如何提高零件组织和性能均匀性等方面仍需要加强探索。为提升电弧增材制造铝合金制件组织性能,本课题对CMT电弧-微锻复合增材制造变形铝合金进行研究,包括5A56电弧自由沉积工艺,以及电弧-微锻工艺对不可热处理5A56铝合金、可热处理2319铝合金热处理前后的组织与性能影响效果。主要结论如下:(1)基于响应曲面法建立了5A56铝合金电弧自由沉积工艺参数对电弧电压、焊接电流、热输入和宽高比的响应曲面回归方程,并以回归方程的多目标优化为基,针对单道焊缝首尾形貌差异以及单道直壁的液态金属流淌问题,制定头部加速与层间温度控制策略,得到了最终优化后工艺参数。验证实验表明优选工艺所得单道直壁制件宏观形貌令人满意,加工余量较小。(2)研究了5A56制件的形貌和组织性能,结果显示:电弧-微锻工艺的变形量会因层间重熔而随直壁制件高度增长而减小,电弧-微锻工艺不会改变间、层间结合处及顶部组织分布规律,但是会减少了层间柱状树枝晶的数量,使各部位组织更细小均匀,并且将β相(Mg5Al8)由连续的骨骼状分布转变为不连续的球状分布,加强晶间结合。电弧-微锻工艺对晶粒与强化相起到了细化和均匀化的作用,加上微轧的加工硬化的效果,微锻态制件Z向的抗拉强度σb、屈服强度σ0.2和延伸率δ达到了349MPa、205MPa和20.4%。(3)对比分析了2319制件热处理前后的组织与性能,结果表明:微锻轧辊的轧制破碎和散热作用将非热处理制件Z向组织由铸态组织与等轴晶粒混合转变为完全等轴晶粒,并极大改善了胞晶界内第二相的分布和晶粒形态;热处理后晶粒长大,微锻制件因变形能释放使得热处理过程中再结晶更完全,第二相相受未热处理前组织状态的影响相较于电弧沉积态在晶内的分布更密集和细小。力学性能方面,热处理后微锻工艺对强度的提升效果较热处理前大幅降低,说明2319铝合金主要以热处理后析出强化为主,但是微锻工艺对热处理前晶粒与第二相的细化和均匀化效果,以及变形量对θ"相析出和GP区的抑制,仍有利于提升塑性并减小性能的各向异性,微锻态合金X、Z向的抗拉强度σb分别为464MPa和453MPa,屈服强度σ0.2分别为314MPa和302MPa,延伸率δ分别为11.1%和8.0%,远超ASTM B247M-2015中模锻件标准。
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