【摘要】：電弧增材制造技術(shù)是一種以普通焊接電源為熱源、絲材材料同步送進(jìn)熔化凝固成形為主要技術(shù)特征的增材制造技術(shù),該技術(shù)更加適合大中型金屬構(gòu)件無支撐、快速、數(shù)字化成形。電弧增材制造技術(shù)與鑄造、鍛造、車銑等傳統(tǒng)加工制造技術(shù)的成形原理差異較大,在成形過程中材料的物理化學(xué)冶金反應(yīng)過程較為復(fù)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(guān)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(xué)性能的理解。本論文采用CMT焊機(jī)“非一元化功能”方法對單道熔覆層的成形進(jìn)行了研究。CMT電流波形中短路電流持續(xù)時(shí)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(chǔ)上進(jìn)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(yàn)表明,基板溫度越高,單道熔覆層在基板上的鋪展性越好,當(dāng)基板預(yù)熱溫度從100℃增加至400℃時(shí),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(shí),電弧高度減小,熔覆層的寬度增加了約1.1mm,當(dāng)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(yàn)表明,當(dāng)成形層數(shù)較大時(shí),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(shí),熔覆層形狀較為對稱、一致時(shí),成形薄壁的表面質(zhì)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(jié)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(gè)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(qiáng),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(qiáng)度最大,為774MPa,伸長率為27%;成形塊狀試樣橫向抗拉強(qiáng)度最大為1099MPa,伸長率為18%。沉積態(tài)抗拉強(qiáng)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(shí),Laves相對沿沉積方向晶粒的釘扎使材料的強(qiáng)度更大,塑形更差。熱處理試驗(yàn)結(jié)果顯示,固溶溫度越高、時(shí)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(qiáng)度最大為1085MPa,伸長率約為30%,沿沉積高度方向試樣的抗拉強(qiáng)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(qiáng)度最大為1367MPa,伸長率約為18%,沿沉積高度方向試樣的抗拉強(qiáng)度最大為1330MPa,伸長率約為17%。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V261.34;TG444

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本文編號：2644202