熔化極氣體保護(hù)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(shè)備簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低和熔敷效率高等一系列優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)存在著熱輸入過大導(dǎo)致熱積累嚴(yán)重和在不更換焊絲的情況下無法進(jìn)行成分調(diào)控等缺點(diǎn)。針對(duì)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(shí)減小了對(duì)母材的熱輸入;當(dāng)使用異質(zhì)輔助填絲時(shí),可以通過調(diào)節(jié)輔助填絲占比進(jìn)行熔敷金屬成分的連續(xù)調(diào)控,提供一種新的梯度材料制備方法。本文的主要內(nèi)容為輔助填絲對(duì)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(jìn)行熔敷道尺寸回歸建模,研究了異質(zhì)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(chǔ)。首先研究了輔助填絲送進(jìn)方位、送進(jìn)速度以及堆積速度等工藝參數(shù)對(duì)成形的影響,獲得了成形良好的工藝區(qū)間。試驗(yàn)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(nèi)時(shí)可以獲得成形良好的熔敷道。同時(shí),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(duì)熔敷道輪廓及尺寸進(jìn)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(dāng)熔敷電流和堆積速度較小、輔助填絲速度較大時(shí)熔敷道輪廓轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙?不利于堆積。同時(shí),回歸模型表明輔助填絲速度對(duì)熔敷道的寬度無明顯影響,工藝區(qū)間內(nèi)寬度調(diào)節(jié)范圍為4.8~10.6mm,高度調(diào)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(zhì)輔助填絲占比調(diào)節(jié)熔敷道成分,堆積了不同成分的單墻壁,并對(duì)其試樣進(jìn)行了微觀組織與力學(xué)性能測(cè)試。結(jié)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(xué)性能方面拉伸強(qiáng)度與顯微硬度增大。在工藝區(qū)間內(nèi)拉伸強(qiáng)度的調(diào)節(jié)范圍為550~880MPa,硬度調(diào)節(jié)范圍為210-390HV,為性能調(diào)控打下了基礎(chǔ)。最后設(shè)計(jì)和規(guī)劃了具有成分梯度的單墻壁和誘導(dǎo)齒模擬件,并使用輔助填絲GMA增材制造工藝進(jìn)行制備,結(jié)果表明成形件結(jié)構(gòu)與性能梯度與預(yù)期相符。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(shù)制備的應(yīng)用骨骼模型[25]LSF 首先應(yīng)用于上個(gè)世紀(jì)七十年代制造鎳基高溫合金渦輪盤，由美國(guó)聯(lián)司的 Snow 率先采用，并取得了相關(guān)的專利[26][27]。之后，在世紀(jì)之交，波始采用 LSF 技術(shù)制造的 TC4 航空件用于 F/A-l8E/F 等機(jī)型飛機(jī)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(duì)原進(jìn)方式不同，LSF 采用的是如圖1-3 左側(cè)為同軸送絲或者右側(cè)所示為的同而圖1-4 是正在利用 LSF 技術(shù)增材制造葉片。國(guó)內(nèi)主要是哈爾濱工業(yè)大學(xué)大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)對(duì) LSF 展開了廣泛的研究[28-30]。圖 1-3 LSF 原材料送進(jìn)方式[25]圖 1-4 LSF 技術(shù)應(yīng)用增材制造葉片[2

圖 1-1 SLM 原理示意圖[23]圖 1-2 SLM 技術(shù)制備的應(yīng)用骨骼模型[25]LSF 首先應(yīng)用于上個(gè)世紀(jì)七十年代制造鎳基高溫合金渦輪盤，由美國(guó)聯(lián)司的 Snow 率先采用，并取得了相關(guān)的專利[26][27]。之后，在世紀(jì)之交，波始采用 LSF 技術(shù)制造的 TC4 航空件用于 F/A-l8E/F 等機(jī)型飛機(jī)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(duì)原進(jìn)方式不同，LSF 采用的是如圖1-3 左側(cè)為同軸送絲或者右側(cè)所示為的同而圖1-4 是正在利用 LSF 技術(shù)增材制造葉片。國(guó)內(nèi)主要是哈爾濱工業(yè)大學(xué)大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)對(duì) LSF 展開了廣泛的研究[28-30]。圖 1-3 LSF 原材料送進(jìn)方式[25]圖 1-4 LSF 技術(shù)應(yīng)用增材制造葉片[2

圖 1-1 SLM 原理示意圖[23]圖 1-2 SLM 技術(shù)制備的應(yīng)用骨骼模型[25]LSF 首先應(yīng)用于上個(gè)世紀(jì)七十年代制造鎳基高溫合金渦輪盤，由美國(guó)聯(lián)合公司的 Snow 率先采用，并取得了相關(guān)的專利[26][27]。之后，在世紀(jì)之交，波音開始采用 LSF 技術(shù)制造的 TC4 航空件用于 F/A-l8E/F 等機(jī)型飛機(jī)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(duì)原材送進(jìn)方式不同，LSF 采用的是如圖1-3 左側(cè)為同軸送絲或者右側(cè)所示為的同軸。而圖1-4 是正在利用 LSF 技術(shù)增材制造葉片。國(guó)內(nèi)主要是哈爾濱工業(yè)大學(xué)以蘇大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)對(duì) LSF 展開了廣泛的研究[28-30]。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2881241