双相不锈钢电弧增材制造的成形控制与性能分析

摘要

电弧增材制造技术（Wire and Arc Additive Manufacture, WAAM）是以电弧为热源，采用逐层累积方式制造的金属实体零件，其成形实体由全焊缝构成，具有着组织均匀、致密度高、增材速度块、周期短等优点，主要应用于航空航天或军工领域的大尺寸复杂零部件毛坯的直接成形。现阶段，国内对于电弧增材的研究刚刚起步，相关的研究成果较少。
　　本文以WAAM技术为基础，从单层单道熔敷金属的尺寸出发，通过对参数的优化控制，确定增材可控成形的工艺窗口，满足在指定范围内，不同参数的任意组合皆可以成形良好的形貌，并且利用二次旋转组合试验原理，建立了熔敷工艺参数与熔敷层高度和宽度的二次回归模型，并对其进行了试验验证。在多层单道的试验中，通过对成形工艺的分析，改善了成形过程中的散热条件，找到了成形形貌与工艺路径间的关系，并且利用Mahr轮廓仪对成形面表面形貌进行测绘，实现了对特定形貌工件路径的进一步优化。
　　在最终成形件的力学性能方面，金属的拉伸试验结果表明，双相不锈钢在WAAM工艺下有着较为优良的表现，且横纵向的拉伸性能差异不大，材料有着较高的抗拉强度及延伸率。金相组织方面，WAAM成形件的显微组织由奥氏体和铁素体构成，由于温度梯度存在，晶体的生长方向呈现出一定的角度。断口的试验结果表明，均匀分布的韧窝和第二相粒子符合塑性断裂的拉断特征，且成形件纵向塑性性能更好。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 增材制造技术研究现状

1.3 国内外电弧增材制造概述

1.4 本研究课题的意义与主要内容

第2章 试验设计及方法

2.1 WAAM试验系统

2.2 熔敷尺寸拟合试验的回归设计

2.3 成形表面形貌的测量

2.4 成形材料的性能测试

2.5 组织表征

2.6 本章小结

第3章 单层单道WAAM成形工艺

3.1 导电嘴与工件的距离对熔敷尺寸的影响

3.2 试验参数对熔敷尺寸的影响

3.3 试验参数与熔敷尺寸建模

3.4 本章小结

第4章 多层单道成形工艺的分析

4.1 散热条件对成形的影响

4.2 路径规划对成形的影响

4.3 成形件模拟

4.4 本章小结

第5章 WAAM技术下不锈钢组织与性能分析

5.1 物相分析

5.2 金相分析

5.3 纳米压痕试验

5.4 拉伸性能

5.5 拉伸断口分析

5.6 拉伸区的局部晶相

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢