【摘要】：電弧增材制造技術是一種以普通焊接電源為熱源、絲材材料同步送進熔化凝固成形為主要技術特征的增材制造技術,該技術更加適合大中型金屬構件無支撐、快速、數(shù)字化成形。電弧增材制造技術與鑄造、鍛造、車銑等傳統(tǒng)加工制造技術的成形原理差異較大,在成形過程中材料的物理化學冶金反應過程較為復雜,電弧作用下絲材熔化凝固的堆積成形與合金組織的變化特征關系密切。開展CMT電弧增材制造GH4169高溫合金成形特性及組織性能研究,有助于深化GH4169高溫合金在電弧增材制造過程中的成形控制以及對組織演化、力學性能的理解。本論文采用CMT焊機“非一元化功能”方法對單道熔覆層的成形進行了研究。CMT電流波形中短路電流持續(xù)時間、短路電流大小對熔覆層鋪展性有較大影響,CMT模式下熔覆層與基板的潤濕性較差。在此基礎上進一步探究了CMT模式、CMT+Pulse模式下工藝參數(shù)對熔覆層成形的影響,CMT模式下焊接速度(TS,Travel speed)越大、送絲速度(WFS,Wire feed speed)越大,熔覆層的鋪展性越差;CMT+Pulse模式下,較大的焊接速度、送絲速度,熔覆層的鋪展性越好。單道熔覆層成形鋪展性研究試驗表明,基板溫度越高,單道熔覆層在基板上的鋪展性越好,當基板預熱溫度從100℃增加至400℃時,熔覆層的寬度增加了約2mm。焊絲干伸長度越小,電弧作用在基板上的功率密度越大,越有利于熔覆層的鋪展,焊絲干伸長度由10.5mm減小至6.5mm時,電弧高度減小,熔覆層的寬度增加了約1.1mm,當焊絲干伸長度繼續(xù)減小至5mm,電弧底部作用在熔池的面積減小,熔覆層的寬度有所下降。薄壁逐層成形試驗表明,當成形層數(shù)較大時,熔覆層頂部的熱積累較大,熔覆層層與層之間的搭接變化較大,成形薄壁的均勻性下降。在薄壁成形的逐層沉積過程中,熔覆層的邊界形狀主要受成形溫度以及焊絲干伸長度影響。焊絲干伸長度一定,成形溫度較低時,熔覆層形狀較為對稱、一致時,成形薄壁的表面質量較好,成形誤差小于0.2mm;焊絲干伸長度不變,成形層間溫度越高,熔覆層寬度越大,高度越小,熔覆層形狀差異較大,其中較高溫度下每層熔覆層在電弧作用下的熔覆量越大,最大熔覆層熔化量約為66%。顯微組織分析結果顯示,CMT電弧成形GH6169合金的微觀組織演變主要表現(xiàn)為柱狀晶的生長方向、一次枝晶臂間距及Laves相,沉積態(tài)組織總體表現(xiàn)為外延生長的柱狀晶。成形薄壁的散熱方向主要沿著沉積方向,粗大的柱狀晶貫穿整個熔覆層,沉積層數(shù)越高,一次枝晶間臂越大,Laves相的取向特征越明顯,其中一次枝晶間臂最大約為23μm;成形塊狀試樣的熔覆層散熱能力較強,散熱方向與沉積方向呈一定的夾角,柱狀晶的生長方向差異較大,其中一次枝晶間臂最大約為13.70μm。室溫拉伸性能研究表明,CMT電弧增材制造GH6169合金薄壁及塊狀試樣具有各向異性特征,成形薄壁試樣沉積方向的抗拉強度最大,為774MPa,伸長率為27%;成形塊狀試樣橫向抗拉強度最大為1099MPa,伸長率為18%。沉積態(tài)抗拉強度主要受柱狀晶的生長方向、Laves相、一次枝晶臂間距影響,成形薄壁試樣柱狀晶生長方向基本與沉積方向平行,Laves相對沉積方向的晶粒釘扎作用更明顯;成形塊狀試樣柱狀晶生長方向取決于搭接策略影響下的散熱條件,橫向拉伸時,Laves相對沿沉積方向晶粒的釘扎使材料的強度更大,塑形更差。熱處理試驗結果顯示,固溶溫度越高、時間越長,柱狀晶晶界的遷移越明顯,Laves相的溶解程度越高;熱處理后塊狀試樣的各向異性低于成形薄壁的各向異性,成形GH4169合金薄壁水平方向試樣的抗拉強度最大為1085MPa,伸長率約為30%,沿沉積高度方向試樣的抗拉強度最大為1222MPa,伸長率約為30%;成形GH4169合金塊體沿水平方向試樣的抗拉強度最大為1367MPa,伸長率約為18%,沿沉積高度方向試樣的抗拉強度最大為1330MPa,伸長率約為17%。
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V261.34;TG444

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本文編號：2644202