基于CMT的不銹鋼電弧增材制造溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)及成型工藝研究.pdf

1、電弧增材制造是以電弧為熱源，均勻送入的焊絲為熔覆材料，直接快速成型致密度高、力學(xué)性能優(yōu)良的金屬?gòu)?fù)雜結(jié)構(gòu)件，可極大提高材料的利用率、生產(chǎn)效率和制造技術(shù)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。課題基于CMT的不銹鋼增材制造技術(shù)，以成型直壁件為研究對(duì)象，對(duì)增材制造過(guò)程中的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、增材制造工藝及成型件組織性能開(kāi)展了研究。
　　首先對(duì)不銹鋼CMT增材制造過(guò)程中的溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了研究。建立了基于SYSWELD的增材制造有限元模型，對(duì)比了同向連續(xù)增材制造、S

2、形連續(xù)增材制造及S形間隔時(shí)間增材制造三種常用的電弧增材制造路徑下溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)，其結(jié)果表明，基板對(duì)前四層熔覆層的冷卻速率影響較大，且基板能夠影響的層數(shù)與增材制造方式無(wú)關(guān);熔覆層的溫度在其上熔覆一定層數(shù)后趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定后的溫度在奧氏體不銹鋼敏感化溫度區(qū)間以下，且控制層間溫度可以獲得較小的穩(wěn)定溫度值;CMT在連續(xù)熔覆時(shí)熱累積作用不明顯。奧氏體不銹鋼增材制造后殘余應(yīng)力大于屈服強(qiáng)度;同向增材制造時(shí)出現(xiàn)較大的殘余應(yīng)力及變形;S形連續(xù)增材制造時(shí)殘余

3、應(yīng)力分布特點(diǎn)為較大的應(yīng)力分布在較小的區(qū)域，而控制層間溫度時(shí)表現(xiàn)為較小的應(yīng)力分布在較大的區(qū)域，且都呈現(xiàn)對(duì)稱分布;增材制造過(guò)程中的重?zé)嶙饔孟喈?dāng)于進(jìn)行回火熱處理，減小了熔覆層中的殘余應(yīng)力。
　　其次利用MATLAB軟件建立了增材制造過(guò)程中保護(hù)氣流量、送絲速度及熔覆速度與成型壁厚的數(shù)學(xué)模型。該模型表明，送絲速度越大，成型壁厚越大，且當(dāng)送絲速度超過(guò)4.0m/min時(shí)，壁厚增加速度明顯變慢;保護(hù)氣流量當(dāng)與送絲速度交互作用時(shí)對(duì)成型壁厚影響較為明

4、顯;三個(gè)因素對(duì)成型壁厚影響順序大致如下:送絲速度=熔覆速度＞保護(hù)氣流量。
　　最后對(duì)比了S形連續(xù)增材制造及S形間隔時(shí)間增材制造成型直壁件顯微組織和力學(xué)性能。成型直壁件中組織按照經(jīng)歷的熱循環(huán)過(guò)程的不同主要分為六個(gè)區(qū)域，其中Ⅰ區(qū)與Ⅱ區(qū)為底部及底部過(guò)渡區(qū)域，含有較多枝晶狀的殘余鐵素體，Ⅲ區(qū)為熔覆層之間熔合形成的含有少量奧氏體柱狀晶區(qū)域，Ⅳ區(qū)為中部穩(wěn)定成型區(qū)域，鐵素體較少，呈現(xiàn)較小樹枝晶，Ⅴ區(qū)及Ⅵ六為頂部過(guò)渡區(qū)域及頂部區(qū)域，鐵素體含量較多