CMT电弧增材制造铝青铜的微观组织及耐腐蚀性能研究

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铝合金电弧增材制造技术研究现状及进展

铝合金电弧增材制造技术研究现状及进展作者：张江帅来源：《中国化工贸易·中旬刊》2018年第03期摘要：铝合金作为工业生产中广泛应用的一种合金，具有塑性好、强度较高、抗腐蚀性好等优点，是我国未来重点发展的高性能轻型合金材料，在汽车制造、航空领域应用广泛。

传统的制造铝合金构件的方法如铸、锻等不能够实现复杂形状的制造，由于电弧增材制造技术（WAAM）成本低、沉积效率高、成型件冶金性能好等优点，目前，许多学者在铝合金电弧增材制造方面开展了一系列研究。

关键词：特点及优势；增材制造；总结及展望1 电弧增材制造技术特点及优势增材制造技术，是中国制造2025的重点发展技术。

与传统的减法制造（如数控加工）相比，增材制造具有自由度高、成型复杂度高、自动化程度高等优点，特别是能够生产传统方法无法生产的钛和镍合金，在制造业中越来越受到重视。

电弧增材制造（WAAM）是以电弧为载能束的增材制造技术，利用气体金属电弧焊（GMAW）、钨极气体保护焊（GTAW）或等离子弧焊（PAW）等作为热源，逐层堆叠熔化的丝材从而形成金属零件的方法。

相比于激光或者电子束作为热源的增材制造方法，电弧增材制造具有沉积效率高、成型尺寸大、成本低廉等优势，能够低成本高效生产复杂金属构件。

2 铝合金电弧增材制造2.1 TIG电弧增材制造TIG电弧增材制造是以非熔化极气体保护电弧焊作为热源的增材制造方法，采用氩气作为保护气，通过不断熔化丝材堆叠成构件。

具有气孔少、熔池可见、熔渣少、堆焊层致密等优点，同时也存在残余应力、变形较大等缺点。

哈尔滨工业大学的王计辉利用TIG（非熔化极气体保护电弧焊）堆焊成型2219铝合金并对其成型工艺、试样组织特征和力学性能进行了研究。

北京航空航天大学的孙红叶等人对AL-6.3Cu进行了TIG堆焊成型，研究了焊接参数对成形尺寸的影响，并且对比分析了变极性钨极氩弧焊和复合超高频脉冲方法变极性钨极氩弧焊对成型件的影响。

结果发现复合超高频脉冲方法变极性钨极氩弧焊更有利于提高成型件的力学性能。

双丝电弧增材制造铜铝合金的组织与性能

双丝电弧增材制造铜铝合金的组织与性能摘要冷金属过渡（Cold metal transfer, CMT）技术是电弧填丝增材制造（Wire arc additive manufacturing, W AAM）技术的一种，其具有材料利用率高、沉积效率高、无飞溅、热输入量低等优点。

与传统的制造方法相比，在改善成型件性能的同时，可实现高性能金属零件经济快速成形。

铜铝合金复合材料具有良好的导电导热性、耐腐蚀性，高强度和高延展性等优点，可制成功能梯度材料来满足不同的需求。

具有广阔的应用前景，已被广泛应用于航空航天、船舶制造等领域。

目前，铜铝合金的制造主要采用真空感应熔炼，电弧熔炼，球磨等粉末冶金工艺和固液复合浇注技术。

通常对外部环境要求较为严格，这相对增加了制造成本；金属粉末的价格比填充丝材高。

另外，这些工艺不适合生产几何形状复杂的零件，而且会产生粉末颗粒未完全熔化等缺陷，降低成形件质量。

因此，低成本、高效率的铜铝合金的电弧填丝增材制造技术受到人们的青睐。

本文提出一种新的稳定的可行的双丝增材制造的方法来制造铜铝合金。

采用基于冷金属过渡技术的电弧-双丝增材制造（CMT-W AAM）系统，通过两个送丝机的协调工作，将商用的铜焊丝CuSi28L 和铝焊丝ER4043沉积到同一个熔池中，并验证双丝电弧增材制造的可行性。

首先通过调节制造过程中工艺参数，分析各工艺参数对单层单道焊缝成形质量的影响，并最终确定一组具有良好成形效果的工艺参数。

运用所选的工艺参数进行双丝电弧增材制造铜铝合金实体墙，并通过光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、电子背散射衍射（EBSD）等分析沉积层的微观组织。

分析多层多道沉积实体墙：在不同的沉积位置观察到不同的微观结构，微观结构的变化取决于沉积过程中的热累积和热循环。

沿垂直方向的力学性能之间的极限抗拉强度仅相差15 MPa，屈服强度仅相差10 MPa，伸长率相差2%；下部，中上部和上部的平均显微硬度分别为217.1 Hv，226.8 Hv和221.4 Hv，金属间化合物的存在会导致显微硬度的波动；在沉积样品的不同高度区域检测到四种相；在垂直方向上的试样表现出较优的力学性能，断面呈现混合断裂的特征。

铝合金电弧增材制造技术研究发展现状

该技术成形材料主要集中在钛合金、不锈钢、铝合金等。铝合金是在生铝之中添加碳元素以及其他合金化元素而形成的一种合金，因其具有良好的可塑性，以及塑造性较强，适合电弧增材制造技术，故可作结构成形材料使用[2-6] ，随着航天航空等重要技术领域的进一步革新和发展，这对复杂铝合金构件的制造技术提出了新的要求，因此铝合金的增材制造技术成为了研究的重点。图1所示为利用 WAAM技术制作的铝合金水泵转子。
英国学者在焊接工程研究中心做了大量研究，
利用堆焊技术将金属形状沉积技术应用于飞机机身快速制造上，这使得许多航天企业都使用WA A M技术，并使直接成形大型结构件越来越方便，缩短了大型结构件的研制周期[30]。
针对航空航天领域的铝合金轴承、机舱截面、框架梁及格栅等典型结构零件，首都航天机械有限公司、北京航兴机械制造有限公司、华中科技大学等都进行了研究，并进行了应用试生产，如管道支撑件（2219合金）、壳体模拟零件（4043合金）、框架梁结构（5B06合金）及网格结构（4043合金）等。 [31-35]
图2 WAAM工作原理 2.3 电弧增材制造技术应用
电弧增材制造相对于其他制造技术来说，其特点如下：制造周期短；自动化程度高；原材料利用率高，对零件尺寸的限制少。
电弧增材技术虽没有普遍使用，但是在少量重要领域，电弧增材技术应用确实很多，如：全焊缝金属成分高，密度高，力学性能好，已用于生物医学、航空航天等领域，并且有望在更多领域得到广泛使用[25-29]。
究现状基于GMAW增材制造研究的同时，国外许多研究者也将研究方向转至基于G TAW的电弧增材制造技术，因其热输入较G M AW小，成形精度会更高。
美国Southern Methodist大学OUYANG等[44]采用 G TAW工艺堆焊5356铝合金构件进行研究，结果表明，影响零件尺寸精度和表面质量的主要因素有电弧长度、基板预热温度和层间温度，图4所示为快速成形件。挪威科技大学相关研究人员利用电弧增材制造技术制备5183铝合金薄壁结构，结果表明，成形样件微观组织和力学性能良好，但是需要进一步优化工艺参数，以减少气孔和热裂纹产生。

电弧增材制造技术研究发展现状

电弧增材制造技术研究发展现状胡韬郭纯何梓良魏宝丽陈丰（安徽科技学院机械工程学院，安徽滁州233100）摘要：简要阐述了电弧增材制造技术的发展历史，分析了国外电弧增材制造研究发展现状，对电弧增材制造技术的发展前景进行了展望。

关键词：电弧增材；CMT技术；激光视觉传感技术0引言电弧增材制造技术是一种建立在电焊技术基础上的智能化、数字化的连续堆焊技术，其原理是使用焊接工艺中普遍应用的气体保护焊技术，以高温电弧为热源，熔化作为原材料的丝材，再进行一层一层堆叠，最后形成所需的零件。

1电弧增材制造技术的发展历史增材制造技术根据所使用的热源不同，主要分为激光增材制造技术、电子束增材制造技术和电弧增材制造技术以及金属固相增材技术。

其中，电弧增材制造技术是由德国科学家率先提出的一项新技术，该技术以金属焊丝为原料，采取埋弧焊接的方式，按照预先设计好的路径将融化的材料层层堆积，最后凝固成型，形成大尺寸零件。

20世纪90年代，英国的Ribeiro等人对这项技术又进行了进一步发展，同时期的Spencer等人为了零件的快速制造也做了一些工艺上的研究，这些研究对后来的电弧增材制造技术造成了极大影响。

其后的发展过程中得益于20世纪90年代以来的数字化和信息化技术的高速发展，在近30年的发展过程中成形控制和性能控制这两大问题的解决也使得电弧增材制造技术愈发成熟。

电弧增材制造技术采用传统的熔化极气体保护焊方式，其特点是热输入量较高，成型过程中输出热源反复在刚刚产生和成型的部位上移动，使其热积累量变高，使得材料在堆叠过程中会产生飞溅、形成多个气孔等一系列问题。

1.1CMT（冷金属过渡）技术CMT（冷金属过渡）技术的提出和应用则在一定程度上解决了上述难题。

电弧增材的过程中由于丝材要熔化堆叠，在持续不断的堆叠中就难免会让熔池的热积累量越来越高，不断的热量输入所产生的热量积累可能会使熔池产生飞溅问题，为此CMT技术应运而生。

相对于传统的气体保护焊，CMT技术产生的电弧温度和熔化丝材产生的熔滴温度比较低，主要得益于冷热循环交替原理。

铝合金电弧增材制造研究现状

第52卷第11期表面技术2023年11月SURFACE TECHNOLOGY·111·铝合金电弧增材制造研究现状张铂洋1，李旭2，张玉娇1，李英豪1，宗然1*（1.山东理工大学机械工程学院，山东淄博 255000；2.山东越浩自动化设备有限公司，山东临沂 276000）摘要：电弧增材制造技术（Wire Arc Additive Manufacturing，WAAM）具有沉积速率高，成形速度快以及适合各种成形环境的优点，吸引了越来越多的高校及科研机构投入其中，如何进一步发挥电弧增材制造的优势是当下的研究热点。

阐述了铝合金电弧增材过程中热输入、电流方式和外加能场对成形件表面形貌、微观组织以及力学性能的影响。

当焊接电流较小或焊接速度较快时，热输入较低，熔融金属冷却速度快，形核率高，成形件为晶粒细小的等轴晶粒，提供给气孔的形成、聚集和长大的时间短，即热输入越低，成形件等轴晶区越宽，晶粒越细小，气孔缺陷越少，成形件机械性能越优异。

对比分析了不同电流方式的电弧增材制造成形件性能差异，发现脉冲和变极性电流方式的热输入比无脉冲电流方式低，成形件晶粒更精细、缺陷更少、机械性能更优异；脉冲和变极性电流方式都可以清理成形件表面氧化膜，获得平整的表面。

分析了电弧增材制造系统的优化方案，发现施加磁场、激光可以使得电弧更加集中，调控熔池流动，避免熔敷金属铺展不均匀；施加原位轧制、层间锤击以及超声喷丸可使得沉积层发生变形，在晶粒内产生大量位错；利用水箱或者添加保护气喷嘴可以降低电弧增材过程的热输入，获得晶粒细小、气孔缺陷少的成形件。

最后提出了电弧增材铝合金现阶段存在的问题以及解决方法。

关键词：铝合金；电弧增材；热输入；电流方式；外加能场中图分类号：TG456.2文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)11-0111-17DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.11.009Research Status of Arc Additive Manufacturing of Aluminum AlloyZHANG Bo-yang1, LI Xu2, ZHANG Yu-jiao1, LI Ying-hao1, ZONG Ran1*(1. School of Mechanical Engineering, Shandong University of Technology, Shandong Zibo 255000, China;2. Shandong Yuehao Automation Equipment Company Limited, Shandong Linyi 276000, China)ABSTRACT: Aluminum alloys have advantages of low density and high specific strength, so they are widely used in lightweight design fields such as aerospace and automobiles. With the development of the aerospace and automotive industries, aluminum alloy structural parts have developed towards high precision, large size and complex shapes, which puts forward higher requirements for the manufacturing technology of aluminum alloy parts. Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) has the advantages of high deposition rate, fast forming speed and is suitable for various forming environments, attracting more and收稿日期：2022-09-06；修订日期：2022-12-24Received：2022-09-06；Revised：2022-12-24基金项目：国家自然科学基金（51905321）；山东省精密制造与特种加工重点实验室Fund：National Natural Science Foundation of China (51905321); Shandong Provincial Key Laboratory of Precision Manufacturing and Non-traditional Machining引文格式：张铂洋, 李旭, 张玉娇, 等. 铝合金电弧增材制造研究现状[J]. 表面技术, 2023, 52(11): 111-127.ZHANG Bo-yang, LI Xu, ZHANG Yu-jiao, et al. Research Status of Arc Additive Manufacturing of Aluminum Alloy[J]. Surface Technology, 2023, 52(11): 111-127.*通信作者（Corresponding author）·112·表面技术 2023年11月more universities and scientific research institutions for investigation. How to make full use of the advantages of WAAM to reduce or avoid defects in WAAM is a research hotpot.The effect of heat input, current waveform and external energy field on the surface morphology, microstructure, and mechanical properties of the WAAM parts is expounded. It is found that when the welding current is small or the welding speed is fast, the heat input of the WAAM is small. Therefore, the melting metal cooling speed is fast, the nucleation rate is high, the grain does not have enough time to grow up, so the forming part has fine equiaxed grains. When the heat input is low, the time for the formation, aggregation and growth of pores is shorter. In other words, the lower heat input, the wider equiaxed crystal zone, the smaller grains, the less pore defects, and the better mechanical properties of the forming parts. The reasons for the different properties of WAAM with different current modes were analyzed. It was found that the heat input of pulse current and variable polarity current mode was lower than that of no pulse current mode, and the oxide film on the surface of the forming part could be cleaned, so that the forming part with flat surface could be obtained. The optimization scheme of arc additive manufacturing system was analyzed. It was found that applying magnetic field and laser could make the arc more concentrated, control the molten pool flow, and avoid the uneven spread of molten metal. In situ rolling, interlayer hammering and ultrasonic shot peening could deform the sedimentary layer and produce a large number of dislocations in the grain. The heat input of arc additive could be reduced by using water tank or adding protective gas nozzles, and the formed parts with small grains and fewer porosity defects could be obtained.At present, the research of arc additive manufacturing of aluminum alloy mainly focuses on: reducing heat input by changing wire feeding speed, traveling speed and current mode and combining molding with other equipment to reduce the air hole defect of arc additive molding parts. However, the process parameters require a lot of experiments, which requires a lot of material cost and time cost. In the future, in order to make arc additive manufacturing technology be better applied to aluminum alloy manufacturing, it is necessary to develop a composite arc additive system with multi-energy field co-convergence, and adjust process parameters associated; establish the process parameters database and realize the sharing of manufacturing data;combine the numerical simulation with the experiment, verify the rationality of the simulation through the experiment, and explain the defects in the forming process and the mechanism of microstructure evolution from the perspectives of temperature field, flow field and stress field in the arc additive process, so as to guide the experiment.KEY WORDS: aluminum alloy; arc additive manufacturing; heat input; current mode; energy field铝合金由于具有密度小、比强度高及优良的综合力学性能等优点被广泛应用于航空航天、汽车等轻量化设计领域中[1]，伴随着航空航天和汽车产业发展，铝合金结构件已经朝着高精度、大尺寸和复杂形状发展，这对铝合金部件的制造技术有了更高的要求。

铜与不锈钢的CMT熔钎焊及其微观组织

铜与不锈钢的CMT熔钎焊及其微观组织作者：林三宝刘硕蔡笑宇杨卫鹏来源：《机械制造文摘·焊接分册》2017年第06期摘要：采用CMT熔钎焊对2.5 mm厚的QCr0.8铬青铜板与7 mm厚的S-06不锈钢板进行搭接焊，选择S201紫铜焊丝作为填充焊丝，共进行了9组参数的试验，经过试验设计与分析，焊接电流在180 A时，焊接速度在40 cm/min时，能得到良好的焊缝成形。

焊缝组织为粗大的柱状晶，热影响区（HAZ）组织为粗大的等轴晶。

熔钎焊区铜钢界面处存在一层过渡层，该过渡层由两部分组成，靠近钢一侧的为Fe，Cu，Cr三种元素组成的物质，靠近铜一侧的为Fe与Cr两种元素组成的物质。

关键词： CMT；工艺参数；结晶形态中图分类号： TG444+.72Abstract： QCr0.8 chrome bronze plate with 2.5 mm thickness and S-06 stainless steel plate with 7 mm thickness were welded by CMT welding-brazing， and S201 copper wire was chosen as a filler wire. There were nine parameters of tests. After experimental design and analysis， it could get a good weld forming when welding current was 180 A and welding speed was 40 cm/min. The weld was mainly coarse columnar crystal， while the microstructure of HAZ was coarse equiaxed crystal. There existed a transitional layer at the interface of copper and steel in welding-brazing zone， which was composed of two parts. One part close to the steel side was composed of Fe， Cu and Cr， while the other one close to the bronze side was composed of Fe and Cr.Key words： CMT； process parameters； crystal form0前言可以实现铜/钢可靠连接的方法有以下几种：粘接、机械连接（包括螺栓连接）和焊接。

2319铝合金电弧增材制造成型和组织

收稿日期:20191113作者简介:张文明(1959),男,辽宁沈阳人,教授.第32卷第3期2020年 6月沈阳大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f S h e n y a n g U n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c e )V o l .32,N o .3J u n .2020文章编号:2095-5456(2020)03-0194-062319铝合金电弧增材制造成型和组织张文明,韩嘉伟(沈阳大学机械工程学院,辽宁沈阳 110044)摘要:选择C M T 电弧作为热源完成2319铝合金电弧增材制造,通过试验分析送丝速度㊁焊接速度㊁层间等待时间等因素对于成型和组织性能的影响.结果表明,送丝速度和焊接速度是2个关键因素,两者的关系会直接影响成型质量与组织性能,最佳成型效果的送丝速度为2.0m ㊃m i n-1,焊接速度为300mm ㊃m i n -1,层间等待时间为80s .通过S E M 测试发现,2319铝合金增材构件的显微组织主要为均匀的等轴晶与等轴枝晶,同时包含少量柱状晶和细小的等轴晶;通过E D S 分析,电弧增材制造的2319铝合金主要成分A l 和C u 的组织形式为固溶体α相和θ相共存.关键词:2319铝合金;电弧增材制造;成型质量;显微组织;冷金属过渡焊(C M T )中图分类号:T G 444 文献标志码:A电弧增材制造[1](WA AM )是一种利用金属丝材作为填充材料的新型工艺,它以电弧作为热源,通过电脑进行轨迹的设定,将材料熔化并沉积成所需要的尺寸,来达到生产需求.不同于激光增材制造和电子束增材制造,电弧增材制造所用的设备价格经济,且使用稳定.和传统工艺相比无需使用模具,能够达到或者优于传统工艺所生产的零部件,且生产效率更为高效.因此,在制造大型复杂结构件的工程中得以应用.WA AM 的过程可分为熔化极和非熔化极.熔化极又可分为长弧和短弧2种,熔化极气体保护焊M I G (m e t a li n e r t -g a s )电弧属于长弧,而冷金属过渡焊C MT (c o l dm e t a l t r a n s f e r)电弧属于短弧.非熔化极主要是钨极惰性气体保护焊T I G (t u n g s t e ni n e r t -ga s )电弧.近年来,学者对铝合金的电弧增材制造技术的研究更加关注.黄丹等[2]采用T I G 电弧作为增材热源,使用5A 06丝材和A A 6061基板进行试验,主要分析预热温度㊁电流对其成型㊁组织和力学性能的影响.试验结果表明,成形件的高度变化很明显,从起始层的3.4mm 开始骤降,从第8层后开始达到稳定状态,高度为1.7mm.层间微观组织为细小的树枝晶和等轴晶.由于每层反复加热致使层间结合处组织最粗大,为柱状树枝晶,顶部组织由于没有经过2次加热,所以晶粒最细小,由细小的树枝晶转变为等轴晶.成形件的力学性能呈现各向同性,抗拉强度为291M P a ,伸长率为36%.从保强等[3]在气孔缺陷㊁成型尺寸和组织性能3个方面进行改善,以获得更好的力学性能.选用2319和4043两种铝合金进行试验.在气孔问题方面选择A C -GMAW 工艺,提出热输入㊁工作环境和送丝速度是影响气孔率的3种因素,热输入的影响最为显著,同时选择纯氩作为保护气体能够改善气孔缺陷.采用北京航空航天大学自主研制的H P V P -GMAW 工艺[4]来控制成型尺寸,通过控制送丝速度(W F S )与焊接速度(T S )的比来观察成型尺寸的变化,最后确定W F S /T S 在7~10的范围内成型最佳.闫峘宇等[5]建立了电弧增材制造单层单道半椭圆焊缝模型,在建立了焊道熔宽和熔高的回归模型之后,得到了焊缝尺寸与焊接电压㊁增材速度和送丝速度之间的关系,对之前的模型进行了有效验证.铝合金因其成本低廉㊁耐蚀性㊁密度小等优点成为近几十年被广泛应用的材料,其焊接性和成型工艺性良好使得在焊接过程中易达到较好的效果.C MT 电弧焊技术[6]有效地将焊丝回抽和熔滴过渡进行结合,在熔滴过渡的过程中电弧熄灭,焊接电流的骤降也使得焊接热输入大大降低.因此,与T I G 电弧焊和M I G 电弧焊相比,C MT 电弧焊技术更适合铝合金这类低熔点金属进行电弧增材制造.由于2系铝合金[7]属于硬铝合金,强度硬度性能良好.因此,本文选用2319铝合金作为Copyright©博看网 . All Rights Reserved.填充材料,以更适合铝合金增材制造的福尼斯公司的3200型号C MT焊机(F r o n i u s T r a n s P u l s S y n e r g i c3200C MT)作为成型热源进行试验,分析焊接速度㊁送丝速度㊁层间冷却时间等参数对于2319铝合金电弧增材制造中成型的影响,得到优于其他焊接方法的构件.1试验材料与方法本试验采用2319铝合金焊丝(⌀1.6mm, V B C公司生产)作为填充材料,将5B06铝合金板材(4mm,荔硕公司生产)作为基板,焊丝及基板的各化学成分质量分数如表1所示,使用400#的砂纸将表面打磨,选择丙酮和无水乙醇(均为A R,百盛化工有限公司生产)进行清洗.试验过程中选择A r(体积分数99.99%,15.2M P a,气密型,源恒通公司)作为保护气体,气体流量为20L㊃m i n-1.表1焊丝与基板各化学成分质量分数T a b l e1M a s s f r a c t i o no f e a c h c h e m i c a l c o m p o s i t i o no fw e l d i n g w i r ea n d s u b s t r a t e%材料C u M g M n T i F e A l 焊丝6.300.020.200.100.30余量基板0.105.800.500.100.01余量首先将基板固定在操作平台上,将焊枪移动到起始位置,选择M a c h3作为运行软件,选择F r o n i u sT r a n s P u l s S y n e r g i c3200C MT作为成型热源,如图1所示,与其配合的控制系统如图2所示.选择T S300~600mm㊃m i n-1,W F S从1.6 ~6.0m㊃m i n-1逐渐改变,将层间停留时间设定为80s,每层升高2mm.图1F r o n i u sT r a n s P u l sS y n e r g i c3200C M T成型热源F i g.1F r o n i u sT r a n s P u l sS y n e r g i c3200C M Tf o r m i ngh e a t s o u r c e单道多层直接堆积态[8]WA AM2319铝合金试件是在本试验基板的第一道焊缝往返增材形成的,它的外形如图3所示,尺寸为长150mm㊁宽6mm㊁高65mm.由于增材之前基板温度较低,W F S过低会导致焊接的不连续.因此,选择5.5m㊃m i n-1作为第1层的W F S,第2~4层将参数逐渐降低至预定参数,在第5层以上保持预定参数进行送丝.因此,在观察组织和性能取材的时候从第5层以上开始进行.焊接过程中,应尽量减少实验室的空气流动,防止保护气无法起到良好作用而产生大量气孔,致使其表面两侧产生黑色渣状物质,无法堆积成型.焊丝角度也要保证和基板处于垂直状态,否则堆积10层以上时,在中部区域会产生黑色杂质,使其无法再向上堆积.在堆积过程中还需要控制焊丝干伸长度,在10层之后要不断对焊枪高度进行调整,用来适应堆积墙的高度,总共堆积32层.图2F r o n i u sT r a n s P u l sS y n e r g i c3200C M T控制系统F i g.2F r o n i u sT r a n s P u l sS y n e r g i c3200C M Tc o n t r o l s y s t em图3单道多层直接堆积态W A A M2319铝合金试件F i g.3W A A M2319a l u m i n u ma l l o y t e s t p i e c e i n s i n g l e-c h a n n e lm u l t i-l a y e rd i re c t s t a c k i n g s t a t e将堆积后的墙体通过线切割进行处理,制备10mmˑ10mm的金相试样并使用砂纸打磨,之后使用K r o l l(V(H N O3)ʒV(H F)ʒV(H2O)= 3ʒ1ʒ96)溶液浸蚀试样,时间为6~8s.使用H I T A C H I公司S-4800型号的S E M扫描电镜观察显微组织并测试能谱图.从堆积方向取长10 mm㊁宽6mm㊁高65mm的试样进行硬度试验.对于剩余试样两侧进行铣削至光滑平整厚度为2mm,之后同样使用线切割沿堆积方向和高度方向分别取得2个试样进行拉伸试验,切割试样如591第3期张文明等:2319铝合金电弧增材制造成型和组织Copyright©博看网 . All Rights Reserved.图4所示.图4W A A M2319铝合金试件切割试样(单位:m m)F i g.4W A A M2319a l u m i n u ma l l o y c u t t i n gs a m p l e(u n i t:m m)2结果与讨论2.1W A A M2319铝合金试件成型控制按照上述实验参数进行实验,可以得知送丝速度(W F S)㊁焊接速度(T S)是主要的控制因素,层间停留时间㊁焊丝干伸长度㊁基板的洁净程度等也对成型有一定的影响,如果基板未清洁或者清洁不佳就会使表面出现黑色渣状物质导致无法堆积成型,文献[911]也得出此结论.焊丝的干伸长度要控制在12mm以下,过长的干伸长度会导致保护气的保护效果变差,产生大量气孔.而干伸长度过短会导致焊丝粘结在基板上无法抽动.层间停留时间主要是对于层间温度的控制,需要保证60s以上,否则导致两端过热发黑.W F S和T S 作为主要因素,两者具有一定的关联,W F S过慢而T S过快会导致焊接的不连续,如一串豆状的颗粒.W F S过快而T S过慢会导致焊机抽丝困难,造成堆积而焊枪无法行进.因此,将W F S的最低速度设定在1.6m㊃m i n-1以上,T S的最低速度设定在300mm㊃m i n-1以上,以保证增材过程的正常进行.不同送丝速度与焊接速度构件的尺寸数据见表2.得出最佳的成型效果的一组是W F S为2.0m㊃m i n-1,T S为300mm㊃m i n-1.表2不同送丝速度与焊接速度构件的尺寸数据T a b l e2D i m e n s i o n a l d a t ao f c o m p o n e n t sw i t hd i f fe r e n tW F Sa n dT SW F Sm㊃m i n-1T Smm㊃m i n-1层宽mm层高mm2.03006.863.62.04005.664.82.05004.865.12.53007.468.82.54007.065.02.55005.161.63.03009.064.63.04006.865.63.05006.265.8 2.2W A A M2319铝合金试件显微组织电弧增材制造的2319铝合金的显微组织影响因素为温度梯度和其冷却速度,除第1层外,每一层对于前一层都相当于进行一次短暂的热处理.依照传统冶金学的原理可将显微组织划分为熔化区㊁部分熔化区和热影响区[11].本次试验从堆积的高度方向将分为上中下3个部分来分析,如图5所示.(a)上部(b)中部(c)下部图5W A A M2319铝合金S E M图F i g.5W A A M2319a l u m i n u ma l l o y S E Ms p e c i m e n构件的下部(图5c)为靠近基板处的组织,它的晶粒较为细小,这是由于C MT工艺的独特方式,在熔滴过渡的末端电流降为0,熔滴接触基板时骤冷,过冷度高促使细小的等轴晶形成,如图6所示.晶粒长大需要能量,由于增材方向是与基板方向垂直,所以晶粒有向上生长的趋势.与母材垂直方向不断有热输入,晶粒呈柱状晶.构件的中部组织见图5b,由于电弧增材制造存在层间等待时间,温度开始下降时,中间部位温度下降速度最快,所以晶粒得不到足够的能量,未来得及成为柱状晶,成为了等轴晶;因为铝合金具有很好的导热能力,两侧部位得到中间部位传递过来的能量,形成一部分等轴枝晶,还会形成一小部分二次支晶,不过两者相差很小.这是C MT工艺与GMAW 工艺等之间的区别,在熔滴过渡到基板时,电流几乎为零,限制了热输入,不会使晶粒变得粗化.其次,根据D o n g[12]的研究得知,T i和Z r的少许添加,也是产生细小等轴枝晶的原因.由于晶691沈阳大学学报(自然科学版)第32卷Copyright©博看网 . All Rights Reserved.粒是沿着温度升高方向生长的,因此会形成高度方向的柱状晶,本试验与文献[13]得出的结论一致.但是,由于层间等待时间期间没有持续的热量输入,温度急剧下降,没有足够的能量供应柱状晶继续向上生长而逐渐凝固.残余在工件内部的热量只能起到热处理的作用,使原本的柱状晶逐渐向两侧扩展形成大量的等轴晶.但由于堆积层数的逐渐增加,工件内部的热量不断积累,晶粒尺寸也会增大,冷却速度的不同导致有些等轴晶会变成等轴枝晶.出现柱状晶的区域是冷却速度最慢的区域,而出现细小等轴晶的区域则是冷却速度最快的区域.因此,处于融合线附近的显微组织主要由均匀分布的等轴晶和等轴枝晶组成,同时包含少许柱状晶和非常细小的等轴晶.图6基板处的细小等轴晶S E M图F i g.6F i n ee q u i a x e dc r y s t a l a t t h es u b s t r a t eS E Ms p e c i m e n构件的上部(图5a)熔合线附近的微观组织最为复杂,因为在增材制造过程中的瞬时温度峰值会超过548ħ(2319铝合金的共晶温度),所以组织会发生改变,θ相会发生重熔减少,等轴枝晶也因为获得能量重新变为等轴晶.此结论与文献[14]所得结论一致.但这个温度持续时间很短,只能一小部分发生改变.部分熔化区以下的热影响区由于温度不会超过共晶温度,不会发生组织上的改变.由于电弧增材制造过程通常会超过1h,对比GMAW工艺在第2层会对第1层的热影响区产生组织破坏,C MT工艺还有一个热处理的作用,使等轴晶的晶粒更为细小均匀,从而提高性能.WA AM过程属于非平衡态冷却,所以会产生枝晶结构,当使用热电偶控制层间温度时,原子能够扩散充分,减少枝晶结构甚至消除,θ相全部存在在晶界上.在2319铝合金中,A l元素的含量最多,含量第二多的是C u元素,也正是因为C u元素的存在,2系铝合金才被称为硬铝合金.根据A l和C u 二元相图可知,C u可以溶解在A l基体之中形成固溶体,当温度低于548ħ,C u元素质量分数处于5.65%~52.5%时,C u和A l将形成固溶体α相和θ相.它们沿着晶界生长,最初呈颗粒状,当吸收外界能量后会长大,呈现骨骼状,最终受到晶界与能量的限制呈网状.E D S能谱图如图7a所示,样品A l质量分数为61.59%,C u质量分数为38.31%.能谱图主要呈现3个峰,其中A l和C u 为样品的主要成分,C峰由于制备样品时使用了碳导电胶(主要成分是C),使样品表面被污染所致.样品中C u的质量分数为38.31%,处于5.65%~52.5%之间,可确定此时样品中C u和A l已经形成固溶体α相和θ相.同时,通过S E M 图(图7b)观察可以确定存在形式为固溶体α相和θ相共存,与文献[15]得出的结论一致.瞬时温度超过548ħ时,固溶体α相和θ相的形态将会发生改变,而且多出现在缺陷处.随着WA AM过程的进行,构件之中的温度很难下降,长时间的热输入使θ相也变得粗大,溶质原子贫化区[16]就会出现在θ相附近,造成组织的不均匀性,直接影响的是构件的力学性能.(a)E D S(b)S E M图7样品的S E M-E D S图F i g.7S E M-E D Sc h a r t o f t e s t s a m p l e 791第3期张文明等:2319铝合金电弧增材制造成型和组织Copyright©博看网 . All Rights Reserved.3结论1)2319铝合金在电弧增材制造过程中,对于成型影响最大的因素为送丝速度和焊接速度,且二者需要互相匹配,相差过多会导致增材效果变差.最佳的成型效果的是送丝速度为2.0m㊃m i n-1,焊接速度为300mm㊃m i n-1.2)2319铝合金的晶粒主要由等轴晶和等轴支晶组成,包含少量的柱状晶和极其细小的等轴晶,可以看到明显的分层现象,但组织的差别不大,使得力学性能较好.3)经过E D S分析可知,电弧增材制造的2319铝合金主要成分A l和C u的组织形式为固溶体α相和θ相共存.参考文献:[1]江宏亮,姚巨坤,殷凤良.丝材电弧增材制造技术的研究现状与应用[J].热加工工艺,2018,47(18):2529.J I A N G H L,Y A O J K,Y I N F L.R e s e a r c hs t a t u sa n da p p l i c a t i o no fw i r ea r ca d d i t i v e m a n u f a c t u r i n g t e c h n o l o g y[J].H o tW o r k i n g T e c h n o l o g y,2018,47(18):2529.[2]黄丹,朱志华,耿海滨,等.5A06铝合金T I G丝材-电弧增材制造工艺[J].材料工程,2017,45(3):6672.HU A N G D,Z HU Z H,G E N G H B,e t a l.T I G w i r ea n da r c a d d i t i v e m a n u f a c t u r i n g o f5A06a l u m i n u m a l l o y[J].J o u r n a l o fM a t e r i a l sE n g i n e e r i n g,2017,45(3):6672.[3]从保强,丁佳洛.C M T工艺对A l-C u合金电弧增材制造气孔的影响[J].稀有金属材料与工程,2014,43(12):31493153.C O N G B Q,D I N G J L.I n f l u e n c eo fC M T p r o c e s so np o r o s i t y o fw i r e a r c a d d i t i v em a n u f a c t u r e dA l-C u a l l o y[J].R a r eM e t a lM a t e r i a l s a n dE n g i n e e r i n g,2014,43(12):31493153.[4]从保强,苏勇,齐铂金,等.铝合金电弧填丝增材制造技术研究[J].航天制造技术,2016(3):2932.C O N G B Q,S U Y,Q IB J,e ta l.W i r e+a r ca d d i t i v em a n u f a c t u r i n g f o r a l u m i n u ma l l o y d e p o s i t s[J].A e r o s p a c eM a n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y,2016(3):2932. 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All Rights Reserved.2319A l u m i n u m A l l o y A r c A d d i t i v e M a n u f a c t u r i n g F o r m i n g a n d M i c r o s t r u c t u r eZ HA N G W e n m i n g ,HA NJi a w e i (C o l l e g e o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,S h e n y a n g U n i v e r s i t y ,S h e n y a n g 110044,C h i n a )A b s t r a c t :T h eC MTa r cw a s s e l e c t e d a s t h e h e a t s o u r c e t o c o m p l e t e t h e a r c a d d i t i v em a n u f a c t u r i n g of 2319a l u m i n u ma l l o y .T h e e f f e c t s o fw i r e f e e d s p e e d ,t r a v e l l i ng s p e e da n d i n t e r l a y e rw a i t i n g ti m eo n t h e f o r m i n g a n dm i c r o s t r u c t u r e p r o p e r t i e sw e r e a n a l y z e d t h r o u g h e x pe r i m e n t s .T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h ew i r ef e e ds p e e da n dt r a v e l l i ng s p e e da r e t w ok e y f a c t o r s ,a n dth er e l a ti o n s h i p be t w e e nt h et w o d i r e c t l y af f e c t s t h em o l d i ng q u a l i t y a n d c o m p o s i t i o n .Th e b e s t f o r mi n g e f f e c t h a s a nw i r e f e e d s pe e d of 2.0m ㊃m i n -1,at r a v e l l i ng s p e e do f 300mm ㊃m i n -1,a n daw a i t i n g t i m eo f80sb e t w e e nl a y e r s .O b s e r v a t i o no f m e t a l l o g r a p h i cs t r u c t u r eb y S E M ,t h e m i c r o s t r u c t u r eo ft h e2319a l u m i n u m a l l o ya d d i t i v e c o m p o n e n t i sm a i n l y u n i f o r mi s o m e t r i c c r y s t a l a n d i s o m e t r i c d e n d r i t e s c r ys t a l ,a n d c o n t a i n s a s m a l l a m o u n t o f c o l u m n a r c r y s t a l s a n d l i t t l e i s o m e t r i c c r y s t a l s ;t h r o u g hE D Sa n a l ys i s ,t h e s t r u c t u r e o fA l a n dC u ,t h e m a i nc o m p o n e n t so f2319a l u m i n u m a l l o y m a n u f a c t u r e db y ar ca d d i t i v e ,i st h e c o e x i s t e n c e o f αp h a s e a n d θp h a s e o f s o l i d s o l u t i o n .K e y wo r d s :2319a l u m i n u ma l l o y ;a r c a d d i t i v em a n u f a c t u r i n g ;f o r m i n g q u a l i t y ;m i c r o s t r u c t u r e ;C MT (c o l dm e t a l t r a n s f e r)ʌ责任编辑:李艳,智永婷췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍췍ɔ(上接第187页)h e a t i n g ,o n t h e t h e r m a l s t r e s s o fT i C /N i f u n c t i o n a l g r a d i e n t s t r i p sw e r e s t u d i e d .T h e I -t y pe t h e r m a l s t r e s sf r a c t u r e p r o b l e mo f f u n c t i o n a lg r a d i e n t s t r i p s p e r p e n d i c u l a r t o th eb o u n d a r y w a s r e ga r d e da s a q u a s i s t a t i ce l a s t i c p r ob l e m f o rs o l u t i o n ,a n di t st h e r m a ls t r e s sa n d s t r e s si n t e n s i t y fa c t o r w e r e d i s c u s s e d .T h e r e s u l t ss h o wt h a td i f f e r e n t t e m p e r a t u r er i s e m e c h a n i s m sh a v eas i gn i f i c a n t e f f e c to n t h e t h e r m a l s t r e s s i n t e n s i t y f a c t o r o f t h e f u n c t i o n a l g r a d i e n t s t r i p e ;u n d e r t h e l i n e a r h e a t i n g r a t e ,t h e m i n i m u m h o t c o m p r e s s i o n s t r e s sw i l l b e o b t a i n e d ,a n d u n d e r t h e c o n d i t i o n s o f e x p o n e n t i a l h e a t i n g an d t h e r m a l s h o c k ,t h e t h e r m a l s t r e s sw i l l d e c r e a s ew i t ht h e i n c r e a s eo f t i m e ;r e d u c i n g t h e t e m p e r a t u r e r i s e r a t e c a nd e l a y t h e g r o w t ho f t h e f u n c t i o n a l g r a d i e n t s t r i p e d ge c r a c k s .K e y wo r d s :f u n c t i o n a l g r a d i e n tm a t e r i a l (F GM );e d g e c r a c k ;t h e r m a l s t r e s s ;q u a s i s t a t i c ;h e a t r a t e ʌ责任编辑:李艳,智永婷ɔ991第3期张文明等:2319铝合金电弧增材制造成型和组织Copyright©博看网 . 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CMT工艺增材制造AlCu合金的组织与性能的研究

CMT工艺增材制造AlCu合金的组织与性能研究1、本文概述随着技术的不断进步，增材制造（AM）技术，也称为3D打印技术，已逐渐渗透到各个工业领域，为复杂结构的制造提供了新的可能性。

CMT（Cold Metal Transfer，冷金属转移）作为一种新的增材制造技术，由于其独特的工艺特点和优势，越来越受到研究者的关注。

本文旨在探索CMT技术在AlCu合金（铝合金-铜合金）增材制造中的应用，特别是对其组织和性能的研究。

由于其优异的力学性能和耐腐蚀性，AlCu合金在航空航天、汽车制造、电子封装等领域具有广阔的应用前景。

传统的减法制造技术（如铸造、锻造、机械加工等）在制造复杂形状和结构的AlCu合金部件时面临着许多挑战。

将CMT技术用于AlCu合金的增材制造，不仅可以实现复杂结构的直接制造，还可以优化材料的微观结构，提高其综合性能。

本文将首先介绍CMT工艺的基本原理和特点，然后重点研究CMT 工艺在AlCu合金增材制造中的微观组织演变规律，包括微观组织、相组成和晶粒形态。

将对CMT增材制造的AlCu合金的力学性能（如硬度、强度、韧性等）、热稳定性和耐腐蚀性进行进一步研究。

本文将讨论CMT增材制备AlCu合金应用前景和潜在挑战，以期为相关领域的研究和应用提供参考。

2、增材制造合金的制备工艺在利用冷金属转移（CMT）技术增材生产AlCu合金的研究中，制备过程至关重要。

CMT是一种新型的增材制造技术，其独特之处在于能够在低温下实现精确的金属转移，从而生产出高质量的金属部件。

本研究采用CMT工艺制备了AlCu合金，并探讨了其结构与性能之间的关系。

制备过程首先涉及原材料的选择和制备。

选择高纯度的铝和铜作为基材，并按照预定的合金组成比例进行混合。

将制备的原材料熔化，得到均匀的AlCu合金锭。

熔化过程中需要严格控制温度和时间，以避免杂质的引入和合金成分的偏析。

对熔化的AlCu合金锭进行加工，以制备适用于CMT工艺增材制造的线材。

冷金属过渡(CMT)增材制造2219铝合金性能

用400号、800 # 1 200 的砂纸打磨,然用0.5
$m的抛光剂进行抛光，最后经科勒试剂'95%比0 ,
3 2.5%HNO ,1.5% HCL, 1% HF)浸蚀 10 〜20 s 后用
温水冲洗。
焊接方向
图2试验的取件位置
CMT电源
图1 CMT增材制造成形系统
表2 4种不同模式下的最优工艺参数
竖直的抗拉相差小于5 MPa,并且他
3种相比力学性能有提高。
关键词：CMT增材；铝合金2219 ;气孔分布；组织性能
中图分类号：TG457.14
0路制广料化是高大本的以型广有效三属极阔低及创径、，使大前维相率铺增泛气等。造、，目言无由型模形基W 比的粉离"性材体，前3它需独C下0A型具状工于子。、制保主的N送年全特A有艺上的送弧流造护C设M的局高和机能特热焊金丝技是逐焊计离气效，床送体点增属(的术一(更点散氛的G或在增丝制增，，每种加M/、用工保是不六制材叠造材三一A以简目率艺护会)造W制加的的技层制电种单之以高)大造的累转的造术弧、、一［及、型1工灵原换0轮技为在成认-酗工金艺极1理活［廓3，术热金为1］%W 形属序-气,o。，效信9(源制极属可A］、W在体它。率,A模、大以领一作A金增保M几高送A直具域次为料成属技护M制、类接设性面进的形粉因丝)术焊造增完因应给为生成腔应备材主素、(技成材用铺了数成形体G用为要料的T成制米术填制限出有A的成限造本的充W制任正造主熔的)'、 PAW O
2019年第6期 53
嬉揺生产应用
1试验材料和方法
试验使用的填充材料和基料为ER2219 和2219-T87 ,化学成分见表1,两种材料具有相似的化学成分，有基丝材的熔合。试用砂纸打

CMT电弧增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金微观组织性能研究

CMT电弧增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金微观组织性能研究陈伟;黄龙彪;陈玉华;朱嘉文;陈超;孙松伟【摘要】目的研究冷金属过渡技术(Cold metal transfer,简称CMT)增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金的微观组织成形规律.方法采用CMT电弧增材的方式制备了Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金的薄壁试样件,研究了试样件在不同位置、不同方向的微观组织.结果 CMT电弧增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金的微观组织分为3个区域,前3层的不稳定区域主要是由基材树枝晶到柱状晶的转变区域;第3层到最后一层的稳定区域主要是外延生长的柱状晶区;在最后一层靠近空气侧约360μm厚度范围内,出现转向枝晶.交替往复电弧增材的Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金,在每层顶部均会形成转向枝晶,但随后新一层电弧增材的熔池会熔化顶部形成的转向枝晶,最终在微观组织形貌上表现出柱状晶外延生长的形式.结论通过控制合适工艺参数,可以获得致密无缺陷的CMT电弧增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金薄壁试样,在试样的稳定区域,微观组织是外延生长的柱状晶,柱状晶的晶界上Al,Ni,Mn元素产生富集现象,质量分数高于平均值.在柱状晶的晶内,Cu元素高于均值,而Al,Ni,Mn元素质量分数均低于均值,这与柱状晶的形核顺序有关.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2018(010)005【总页数】7页(P81-87)【关键词】Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金;CMT;增材制造;微观组织【作者】陈伟;黄龙彪;陈玉华;朱嘉文;陈超;孙松伟【作者单位】南昌航空大学焊接工程系,南昌 330036;南昌航空大学焊接工程系,南昌 330036;南昌航空大学焊接工程系,南昌 330036;南昌航空大学焊接工程系,南昌 330036;南昌航空大学焊接工程系,南昌 330036;南昌航空大学焊接工程系,南昌 330036【正文语种】中文【中图分类】TG146.1+1增材制造技术又称为快速成形技术、3D打印技术。

电弧增材制造TC4_微观组织调控及力学性能研究

第16卷第5期精密成形工程2024年5月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING115电弧增材制造TC4微观组织调控及力学性能研究王益可1，李仁花2，陈玉华1*，许明方1，陈伟1（1.南昌航空大学航空制造工程学院，南昌 330063；2.航空工业江西洪都航空工业集团有限责任公司，南昌 330213）摘要：目的研究固溶时效处理对电弧增材制造TC4钛合金微观组织和力学性能的影响规律。

方法设置了1组时效处理（AT，600 ℃/2 h/空冷）和2组固溶+时效处理（SA1，800 ℃/1 h/炉冷+600 ℃/2 h/空冷；SA2，870 ℃/1 h/炉冷+600 ℃/2 h/空冷）策略，对电弧增材制造TC4钛合金进行了热处理试验。

通过扫描电镜（SEM）进行微观组织形貌和断口形貌观察，通过拉伸试验机进行室温力学性能测试。

结果沉积态试样的微观组织均匀性较差，主要由马氏体α'相、网篮组织、不连续的晶界α相（α Grain Boundary，αGB）和集束组织构成。

AT并未完全消除马氏体α'相，但提高了其延展性。

经固溶+时效处理后，马氏体α'相消失，晶粒内部主要由网篮组织和αGB组成。

平均抗拉强度由沉积态的999.67 MPa降低到SA2的936.46 MPa，而平均延伸率从6.23%提高到12.48%，且SA2样品显示出更低的力学性能各向异性。

其中沉积态试样抗拉强度、屈服强度和延伸率的各向异性值（IPA）分别为4.82、0.96和28.7。

SA2试样抗拉强度、屈服强度和延伸率的IPA分别为0.3、0.42和5.56。

结论固溶时效处理有助于提高电弧增材制造TC4钛合金微观组织均匀性，并显著降低力学性能的各向异性。

关键词：TC4钛合金；电弧增材制造；固溶时效处理；微观组织；力学性能DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2024.05.013中图分类号：TG146.2 文献标志码：A 文章编号：1674-6457(2024)05-0115-09Microstructure Regulation and Mechanical Properties of TC4 TitaniumAlloy by Wire Arc Additive ManufacturingWANG Yike1, LI Renhua2, CHEN Yuhua1*, XU Mingfang1, CHEN Wei1(1. School of Aeronautical Manufacturing Engineering, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China;2. A VIC Hongdu Aviation Industry Group, Nanchang 330213, China)ABSTRACT: The work aims to study the effects of solid solution aging treatment on the microstructure and mechanical proper-ties of the wire arc additive manufacturing (WAAM) TC4 titanium alloy. A group of aging treatment (AT, 600 ℃/2 h/air cooling) and two groups of solid solution+aging treatment (SA1, 800 ℃/1 h/furnace cooling+600 ℃/2 h/air-cooling; SA2, 870 ℃/1 h/furnace cooling+600 ℃/2 h/air cooling) were set up to carry out the heat treatment test on the WAAM TC4 titanium alloys,and then the microstructure and the fracture morphology were observed by scanning electron microscopy (SEM), and the me-收稿日期：2024-02-21Received：2024-02-21基金项目：国家自然科学基金（52175326）；江西省科技厅项目（20212AEI91004）Fund：The National Natural Science Foundation of China (52175326); Key Project of Jiangxi Provincial Department of Science and Technology (20212AEI91004)引文格式：王益可, 李仁花, 陈玉华, 等. 电弧增材制造TC4微观组织调控及力学性能研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 115-123. WANG Yike, LI Renhua, CHEN Yuhua, et al. Microstructure Regulation and Mechanical Properties of TC4 Titanium Alloy by Wire Arc Additive Manufacturing[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 115-123.*通信作者（Corresponding author）116精密成形工程 2024年5月chanical properties at room temperature were tested by tensile testing machine. The results showed that the microstructure of the as-deposited samples was poorly homogeneous and mainly consisted of martensite α' phase, basketweave, discontinuous grain boundary α phase (αGB) and α colonies. AT did not completely eliminate the martensite α' phase, but improved the ductility. Af-ter solid solution + aging treatment, the martensite α' phase disappeared and the grain interior consisted mainly of basketweave and αGB. The average tensile strength decreased from 999.67 MPa to 936.46 MPa, whereas the average elongation increased from 6.23% to 12.48%, and the SA2 sample showed lower anisotropy of the mechanical properties. The index of plane anisot-ropy (IPA) of ultimate tensile strength, yield strength and elongation of the AB samples were 4.82, 0.96 and 28.7, respectively.The IPA of tensile strength, yield strength and elongation of the SA2 samples were 0.3, 0.42 and 5.56, respectively. Thus, the solid solution aging treatment helps to improve the microstructure homogeneity of TC4 titanium alloy fabricated by WAAM and significantly reduces the anisotropy of mechanical properties.KEY WORDS: TC4 titanium alloy; wire arc additive manufacturing; solid solution aging treatment; microstructure; mechanical propertiesTC4钛合金因其强度高、密度小、耐腐蚀等优点而被广泛应用于石油化工、生物医疗等领域[1-4]。

一种超高强度双相钢CMT电弧增材制造工艺[发明专利]

专利名称：一种超高强度双相钢CMT电弧增材制造工艺专利类型：发明专利
发明人：刘岩,姚宇,叶海青,周桂申,刘佳朋
申请号：CN201910730449.6
申请日：20190808
公开号：CN110421230A
公开日：
20191108
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种超高强度双相钢CMT电弧增材制造工艺，涉及一种高强度钢制造工艺，本发明将基板固定在工作台上，通过调节焊枪位置和高度，使焊枪位于基板一端上方；选定起弧位置，通过操作手柄面板调整工艺参数后，开启焊接完成第一层堆敷；第一层结束将焊枪向上提升一定高度，待温度达到一定范围，在第一层上继续进行焊接，后续重复若干层叠加成直壁体件。

一种超高强度双相钢CMT 电弧增材制造工艺，该方法是采用冷金属过渡电弧作为热源，通过焊丝熔化在基板上堆敷成形，堆敷时采用往复式焊接方法，经过逐层堆叠，最后得到双相钢工件。

本发明成形性和机械性能良好，达到实际使用标准；增材所用焊丝利用率高；在实际生产中可实现数字化和自动化。

申请人：沈阳大学
地址：110044 辽宁省沈阳市大东区望花南街21号
国籍：CN
代理机构：沈阳技联专利代理有限公司
代理人：张志刚
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基于CMT技术的铝合金电弧增材制造研究现状

基于CMT技术的铝合金电弧增材制造研究现状郝轩;黄永德;陈伟;陈玉华【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2018(010)005【摘要】由于铝合金的应用领域较为广泛,使其增材制造技术成为了研究热点.CMT 技术作为一种新型焊接工艺,焊接过程中弧长控制较为精确,其热输入量小、飞溅少等工艺特点非常适合铝合金等低熔点金属的增材制造,因此,铝合金CMT增材制造技术成为了近年来国内外各研究机构的研究热点.从控形控性的角度分析了国内外相关研究机构的研究方向,重点综述了焊接速度、送丝速度、CMT工艺等工艺参数和热处理对成形件形貌及性能的影响,同时概述了铝合金CMT电弧增材制造中尺寸控制、组织性能、气孔缺陷等方向的研究工作.借此指出,基于CMT技术的铝合金电弧增材制造技术的相关研究工作仍主要聚焦于试验研究阶段,并未深入到成形机理的探究.该领域的研究工作应更深入、系统地从成形尺寸精度控制、控制气孔缺陷、组织演变规律及性能优化等角度展开,力求加速推进该技术在现代制造业的应用.【总页数】7页(P88-94)【作者】郝轩;黄永德;陈伟;陈玉华【作者单位】南昌航空大学焊接工程系,南昌 330063;南昌航空大学焊接工程系,南昌 330063;南昌航空大学焊接工程系,南昌 330063;南昌航空大学焊接工程系,南昌330063【正文语种】中文【中图分类】TG146.2【相关文献】1.氩氦混合气对铝合金CMT电弧增材制造过程成形质量的影响 [J], 张瑞;王克鸿2.浅析CMT技术在铝合金电弧增材制造中的应用 [J], 莫非;李佳蒙3.电弧轨迹对CMT电弧增材制造Inconel 625合金厚壁件组织与性能的影响 [J], 徐文虎;张培磊;蒋旗;刘志强;于治水;叶欣;吴頔;史海川4.CMT电弧特性对5A56铝合金增材制造构件组织与性能的影响 [J], 王会霞;王松涛;王天顺;张亮5.电弧熔丝增材制造铝合金零件中气孔的研究现状 [J], 聂文忠;曾嘉艺;李晓萱;邱渭濠因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

增材制造镍铝青铜合金的制备与腐蚀行为研究进展

增材制造镍铝青铜合金的制备与腐蚀行为研究进展
刘明泽;周礼龙;左鹏程;郭朗;张泽群;何淑洁;吴俊升;张博威
【期刊名称】《铜业工程》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】镍铝青铜合金因具有较好的延展性、强度、断裂韧性及耐腐蚀性能而广泛应用于石油和天然气泵系统、航空和船舶工业应用等领域。

传统铸造工艺制备的镍铝青铜具有复杂的物相组成,在严苛的服役环境中容易发生严重的腐蚀失效。

近年来,增材制造技术在铜合金加工领域获得迅猛的发展,基于快速非平衡凝固特性,能够通过显微组织调控来提高铜合金的机械性能,同时有望提升其在严苛服役环境中的耐腐蚀性能。

本文列举了不同增材制造技术制备的镍铝青铜合金,围绕其显微组织、力学性能以及腐蚀行为展开深入探讨,进一步对比分析了不同制备工艺参数以及热处理工艺与镍铝青铜显微组织的关联机制及其对腐蚀行为的影响规律。

本文通过构建增材制造镍铝青铜制备工艺-显微组织特征-耐腐蚀性能之间的内禀关系,能够为高性能增材制造镍铝青铜的设计优化及应用提供理论基础和实践指导。

【总页数】13页(P54-66)
【作者】刘明泽;周礼龙;左鹏程;郭朗;张泽群;何淑洁;吴俊升;张博威
【作者单位】北京科技大学新材料技术研究院;航天工程装备(苏州)有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TF813;TF804.2
【相关文献】
1.CMT电弧增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金微观组织性能研究
2.CMT电弧增材制造铝青铜的微观组织及耐腐蚀性能研究
3.超声振动对电弧增材制造铝青铜合金组织和拉伸性能的影响
4.镍−铝−青铜合金表面类金刚石涂层的腐蚀性能和摩擦学行为
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CMT工艺对Al_Cu合金电弧增材制造气孔的影响

第43 卷第12 期稀有金属材料与工程Vol.43, No.12 2014 年12 月RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING December 2014CMT 工艺对Al-Cu 合金电弧增材制造气孔的影响从保强1，丁佳洛2(1. 北京航空航天大学，北京100191) (2.Cranfield University, MK43 0AL UK)摘要：分析不同纯氩保护气体流量和冷金属过渡(CMT)工艺方法对Al-Cu 合金电弧填丝增材制造(WAAM)气孔的影响规律。

结果表明：纯氩保护气体流量和CMT工艺方法对Al-Cu 合金WAAM 制造过程的气孔特征均具有重要影响。

提高纯氩保护气体流量有助于减少气孔；CMT-PADV 工艺因其热输入低及电弧对Al-Cu 合金填充丝端部表面氧化膜的高效清理而有利于减少甚至消除气孔，提高纯氩保护气体流量至25 L/min 时可消除气孔。

关键词：铝合金；电弧填丝增材制造；冷金属过渡；纯氩保护气体；气孔中图法分类号：T G47文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2014)12-3149-05电弧填丝增材制造（Wire arc additive manufacturing, WAAM）技术具有制造成本低、生产效率高、设备简单等特点，已成为可实现高质量金属零件经济快速的成形方法之一[1-3]。

冷金属过渡（Cold metal transfer, CMT）技术是Fronius 公司开发出的一种新型工艺方法，具有高熔敷效率、低热输入和无飞溅等特点[4]，目前该技术已发展具有常规CMT、脉冲CMT(CMT pulse, C MT-P)、变极性CMT(CMT advanced, CMT-A DV) 和变极性复合脉冲CMT(CMT pulse advanced, CMT-PA DV)控制模式。

近年国内外学者将CMT 技术用于铝合金WAAM 过程并取得一定进展[5,6]，但针对铝合金CMT WAAM 的气孔问题研究甚少，气孔分布及其控制方法尚不清楚。

CMT电弧增材制造5087铝合金组织与拉伸性能研究

CMT电弧增材制造5087铝合金组织与拉伸性能研究
唐作富;陈国瑞;吴广辉
【期刊名称】《金属加工(热加工)》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】电弧增材制造(WAAM)技术具有沉积效率高、热输入低、成形工艺稳定、力学性能优异等优点,在大尺寸金属构件直接成形领域具有广阔的应用前景。

采用
基于冷金属过渡(CMT)的WAAM技术成形5087铝合金,研究了单道多层成形工艺及尺寸控制,分析了微观组织结构及拉伸性能。

结果显示:单层高度和宽度的成形尺
寸精度≤0.5mm。

通过观察样品金相组织发现,晶粒形态呈现明显的柱状晶特征,在试样水平截面,晶粒尺寸分布在10~50μm之间;在垂直截面,晶粒尺寸分布在
50~80μm之间。

在晶粒内部,枝晶表现为树枝状和胞状共存状态。

拉伸测试结果
显示:试样最大抗拉强度分布在200~230MPa之间,最大屈服强度分布在
100~120MPa之间,伸长率分布在6%~12%之间,电弧增材铝合金内部气孔对试样拉伸性能造成了不利影响。

【总页数】5页(P105-109)
【作者】唐作富;陈国瑞;吴广辉
【作者单位】湖南联诚轨道装备有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG1
【相关文献】
1.CMT电弧增材制造GH4169合金的组织和拉伸性能
2.冷金属过渡加脉冲电弧增材制造4043铝合金薄壁件的组织与拉伸性能
3.CMT电弧特性对5A56铝合金增材制造构件组织与性能的影响
4.固溶处理对CMT电弧增材制造2319铝合金组织与性能的影响
5.电弧增材制造2319铝合金交叉桁条结构微观组织与拉伸性能研究
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CMT电弧增材制造的5356铝合金薄壁件力学性能及其强化机理研究

CMT电弧增材制造的5356铝合金薄壁件力学性能及其强化
机理研究
周陆琪;朱晓磊;陆晓峰;王健
【期刊名称】《热加工工艺》
【年(卷),期】2024(53)3
【摘要】采用CMT电弧增材制造了5356铝合金单道多层薄壁件,研究了5356铝合金薄壁构件的力学性能。

并探讨不同电流情况下不同沉积高度的熔池形貌变化以及组织变化。

结果表明,5356铝合金显微组织主要为α(Al)基体与β相,强化机理主要为细晶强化和析出相强化。

5356铝合金组织和性能在不同沉积高度有差异。

构件底部由于受到热循环更多,晶粒较为粗大,二次相较多且连续分布,而顶部受到热循环较少,晶粒相对细小且二次相主要呈点状析出。

随着电流升高,薄壁构件力学性能逐渐降低。

【总页数】7页(P33-38)
【作者】周陆琪;朱晓磊;陆晓峰;王健
【作者单位】南京工业大学机械与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG444.74
【相关文献】
1.CMT增材制造工艺对5356铝合金熔敷层组织及力学性能的影响
2.激光诱导MIG电弧增材制造5356铝合金薄壁零件组织及力学性能
3.沉积策略对电弧增材制造5356铝合金显微组织、缺陷和力学性能的影响
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铝青铜表面激光熔覆层的腐蚀性与高温摩擦性能的研究的开题报告

铝青铜表面激光熔覆层的腐蚀性与高温摩擦性能的研究的开题报告一、研究背景和意义随着金属材料在工业生产中的广泛应用，对材料化学性能和物理性能的要求越来越高。

在汽车、机械等行业中，摩擦和腐蚀是常见的材料破坏形式，这给材料的使用寿命和性能带来了严重影响。

因此，研究如何提高材料的抗摩擦性能和抗腐蚀性能，成为了社会经济发展的需求。

铝青铜是一种应用广泛的合金材料，其具有高强度、良好的热导性和电导性，非常适合用于高温、高压、高速和腐蚀环境下的工作。

但是，铝青铜的抗腐蚀性和耐磨性有待提高，不能满足特殊环境下的需求。

因此，开展铝青铜表面激光熔覆层的研究，主要是通过提高铝青铜表面涂层的抗腐蚀性和耐磨性以及摩擦性，使其更适合于高级制造、军工等新兴领域的需求。

二、研究内容本文将针对铝青铜材料的摩擦性能和抗腐蚀性能不足的问题，探索铝青铜表面激光熔覆层的制备方法与性能。

预计完成如下研究内容：1. 铝青铜表面激光熔覆层的制备方法研究，包括激光熔覆材料的选择、熔覆工艺参数的优化等方面，以保证获得具有优良性能的涂层。

2. 铝青铜表面激光熔覆材料的化学成分和微观组织分析，通过扫描电子显微镜（SEM）、X-ray能谱分析（EDS）等方法对其微观结构进行观察和分析，以揭示涂层的组织结构特征。

3. 对铝青铜表面激光熔覆材料进行抗腐蚀性能测试，通过钝化性能、溶液浸泡等实验手段，分析其抗腐蚀性能。

4. 对铝青铜表面激光熔覆层进行高温摩擦性能测试和分析，考察其耐磨性、磨痕形貌等特征，以揭示其涂层的耐久性能。

三、研究方法和步骤1. 研究方法：选择铝青铜作为基材，选用不同成分的粉末进行激光熔覆，制备不同性能的涂层，然后通过实验测试等手段来评估涂层的性能。

2. 研究步骤：(1) 铝青铜试样的预处理：首先，需要使用机械打磨等方式将铝青铜试样的表面光洁度提高到一定程度，以免激光加工过程中产生裂纹等问题。

(2)涂层的制备：选用不同成分的粉末进行激光熔覆，随后优化熔覆工艺参数，制备出高性能的涂层。