基于層間堆積模型的雙金屬弧焊成型工藝研究.pdf

1、弧焊快速成型工藝具有成本低、效率高、性能好等一系列優(yōu)點，在金屬制造領域擁有極其重要的應用價值和廣闊的應用前景。銅-鋼雙金屬零件因降低了使用成本同時具備優(yōu)異的綜合性能在各行業(yè)中廣泛應用，然而采用傳統(tǒng)的離心鑄造、爆炸焊、軋制、冷加工等工藝雖然在特定條件下也能完成雙金屬制造過程，但大多受限于零件的具體形狀和特定材料，甚至性能不能滿足服役條件;新型的快速成型工藝如噴射沉積、激光沉積等雖能成型性能良好、形狀復雜的雙金屬零件，但因成本較高而得不到廣

2、泛應用。因此，將弧焊成型工藝引入銅-鋼雙金屬制造中具有重大的現(xiàn)實意義。
　　本文選用低碳鋼、硅青銅作為成型材料，基于層間堆積物理模型，先后采用低碳鋼-硅青銅和硅青銅-低碳鋼兩種不同堆積次序成型雙金屬墻體零件。通過試驗研究，對成型參數(shù)進行具體設計，之后研究界面附近微觀結構特征和零件的力學性能特征，同時對層間堆積模型的工藝特征進行分析并改進。
　　研究表明，低碳鋼-硅青銅墻體成型過程中，在既定的低碳鋼尺寸下，為同時確保成型質量和

3、效率，采用適中的焊接參數(shù)較為理想。低碳鋼-硅青銅界面存在一個寬約12μm混合過渡區(qū)，該混合區(qū)的組織為典型的α(Fe)+ε(Cu)的雙相混合物;鐵元素以溶入的小顆粒相和大塊飛濺兩種形式存在于混合區(qū)和硅青銅一側;硅元素由于物理和化學兩方面的原因，在鐵元素出現(xiàn)的地方發(fā)生富集;低碳鋼-硅青銅過渡方式可以形成具有優(yōu)良力學性能的接頭，平均拉伸強度和延伸率可以分別達到305 MPa和48.5％。與前者不同，硅青銅-低碳鋼墻體堆積成型過程中極容易出現(xiàn)裂

4、紋和坍塌外流等成型缺陷，試驗證實熱輸入應控制在390 J·mm-1以內才能控制宏觀缺陷的產(chǎn)生。但過小的熱輸入也會造成不利影響，分析認為小熱輸入雖然可以減緩銅進入低碳鋼一側但不可能完全杜絕，同時熱輸入太小會造成后續(xù)的熱處理作用減弱，使得應力得不到有效釋放，最終導致裂紋的產(chǎn)生。因此在硅青銅-低碳鋼的層間堆積過程中，應在闕值內盡量提高熱輸入，成型的墻體零件才可以達到與低碳鋼-硅青銅墻體相同的力學性能特征。
　　本文還嘗試在短層間冷卻時間