熔化極氣體保護電弧增材制造(Gas Metal Arc Additive Manufacturing,GMAAM)作為一種被廣泛采用的金屬增材制造方法具有設備簡單、生產(chǎn)成本低和熔敷效率高等一系列優(yōu)點,但同時存在著熱輸入過大導致熱積累嚴重和在不更換焊絲的情況下無法進行成分調控等缺點。針對以上問題提出外加輔助填絲GMA-AM新工藝,利用電弧熱和熔池余熱熔化輔助焊絲,在提高熔敷效率的同時減小了對母材的熱輸入;當使用異質輔助填絲時,可以通過調節(jié)輔助填絲占比進行熔敷金屬成分的連續(xù)調控,提供一種新的梯度材料制備方法。本文的主要內容為輔助填絲對熔敷道成形、熱輸入的影響,分析了熔敷道輪廓形成的變化規(guī)律并進行熔敷道尺寸回歸建模,研究了異質輔助填絲熔敷道的組織與性能,為梯度材料的電弧增材制造打下良好基礎。首先研究了輔助填絲送進方位、送進速度以及堆積速度等工藝參數(shù)對成形的影響,獲得了成形良好的工藝區(qū)間。試驗表明使用熔池前方輔助填絲,輔助填絲速度占總送絲速度40%以內時可以獲得成形良好的熔敷道。同時,輔助填絲工藝能夠使得熔敷道熱影響區(qū)面積減少35%,熱循環(huán)峰值溫度降低40℃左右。對熔敷道輪廓及尺寸進行了探究,獲得了熔敷道輪廓的形成規(guī)律及熔敷工藝參數(shù)與熔敷道尺寸的二次回歸模型。研究發(fā)現(xiàn)只有當熔敷電流和堆積速度較小、輔助填絲速度較大時熔敷道輪廓轉變?yōu)榍驙?不利于堆積。同時,回歸模型表明輔助填絲速度對熔敷道的寬度無明顯影響,工藝區(qū)間內寬度調節(jié)范圍為4.8~10.6mm,高度調節(jié)范圍為2.0~5.3mm,為成形件的切片與規(guī)劃提供了依據(jù)。通過改變異質輔助填絲占比調節(jié)熔敷道成分,堆積了不同成分的單墻壁,并對其試樣進行了微觀組織與力學性能測試。結果表明隨著H06MnNi3CrMoA占比的增加,微觀組織方面粒狀貝氏體與針狀鐵素體的量增多,力學性能方面拉伸強度與顯微硬度增大。在工藝區(qū)間內拉伸強度的調節(jié)范圍為550~880MPa,硬度調節(jié)范圍為210-390HV,為性能調控打下了基礎。最后設計和規(guī)劃了具有成分梯度的單墻壁和誘導齒模擬件,并使用輔助填絲GMA增材制造工藝進行制備,結果表明成形件結構與性能梯度與預期相符。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG661
【部分圖文】：

圖 1-1 SLM 原理示意圖[23]圖 1-2 SLM 技術制備的應用骨骼模型[25]LSF 首先應用于上個世紀七十年代制造鎳基高溫合金渦輪盤，由美國聯(lián)司的 Snow 率先采用，并取得了相關的專利[26][27]。之后，在世紀之交，波始采用 LSF 技術制造的 TC4 航空件用于 F/A-l8E/F 等機型飛機的生產(chǎn)，屬增材制造的熱潮。LSF 的原理與 SLM 原理相似，兩者的差異在于對原進方式不同，LSF 采用的是如圖1-3 左側為同軸送絲或者右側所示為的同而圖1-4 是正在利用 LSF 技術增材制造葉片。國內主要是哈爾濱工業(yè)大學大學和西北工業(yè)大學對 LSF 展開了廣泛的研究[28-30]。圖 1-3 LSF 原材料送進方式[25]圖 1-4 LSF 技術應用增材制造葉片[2

圖 1-1 SLM 原理示意圖[23]圖 1-2 SLM 技術制備的應用骨骼模型[25]LSF 首先應用于上個世紀七十年代制造鎳基高溫合金渦輪盤，由美國聯(lián)司的 Snow 率先采用，并取得了相關的專利[26][27]。之后，在世紀之交，波始采用 LSF 技術制造的 TC4 航空件用于 F/A-l8E/F 等機型飛機的生產(chǎn)，屬增材制造的熱潮。LSF 的原理與 SLM 原理相似，兩者的差異在于對原進方式不同，LSF 采用的是如圖1-3 左側為同軸送絲或者右側所示為的同而圖1-4 是正在利用 LSF 技術增材制造葉片。國內主要是哈爾濱工業(yè)大學大學和西北工業(yè)大學對 LSF 展開了廣泛的研究[28-30]。圖 1-3 LSF 原材料送進方式[25]圖 1-4 LSF 技術應用增材制造葉片[2

圖 1-1 SLM 原理示意圖[23]圖 1-2 SLM 技術制備的應用骨骼模型[25]LSF 首先應用于上個世紀七十年代制造鎳基高溫合金渦輪盤，由美國聯(lián)合公司的 Snow 率先采用，并取得了相關的專利[26][27]。之后，在世紀之交，波音開始采用 LSF 技術制造的 TC4 航空件用于 F/A-l8E/F 等機型飛機的生產(chǎn)，掀金屬增材制造的熱潮。LSF 的原理與 SLM 原理相似，兩者的差異在于對原材送進方式不同，LSF 采用的是如圖1-3 左側為同軸送絲或者右側所示為的同軸。而圖1-4 是正在利用 LSF 技術增材制造葉片。國內主要是哈爾濱工業(yè)大學以蘇大學和西北工業(yè)大學對 LSF 展開了廣泛的研究[28-30]。
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本文編號：2881241