2319铝合金TIG电弧增材制造的微观组织及性能调控研究

摘要

电弧增材制造因为成形效率高、设备成本低、成形零件尺寸不受限制等特点而成为航空领域各种大型框架结构件增材制造成形的重要发展方向。然而，由于电弧增材制造技术逐层堆积的成形特点造成成形零件内部组织不均匀、气孔、残余应力和微裂纹的产生，进而影响成形零件的强度、韧性和疲劳强度等力学性能。为了提高电弧增材制造铝合金零件的性能，本课题研究了不同的电弧增材工艺参数、热处理以及超声冲击对沉积态2319铝合金宏观形貌、显微组织和力学性能的影响，并探讨相关机理。主要内容如下：　　研究了电弧增材制造工艺参数对TIG电弧增材制造零件性能的影响规律。开始沉积时，底层使用大电流预热有利于得到更好的焊道形貌。通过正交实验分析，送丝速度对成形零件的内部气孔的产生影响较大，扫描速度和送丝速度相比电流值对成形零件的抗拉强度影响较大。通过回归方程获得单道多层试样的沉积层熔宽和层高的预测模型，预测误差在5%以下。　　TIG增材制造2319铝合金经过T6（固溶处理+人工时效）热处理后，2319铝合金的性能有了很大的提升。固溶温度设置在530℃，保温时间1h，人工时效温度设置在175℃，保温18h，T6态合金力学性能相比沉积态抗拉强度和屈服强度提升了60.3%和150.6%，延伸率下降了5.1%。通过断口形貌中的气孔分析，热处理对沉积试样中的气孔的影响不大。　　在TIG电弧增材制造过程中对成形件逐层施加超声冲击作用，超声冲击扫描速度的降低或者冲击次数的增加，都提高单位长度焊道获得的冲击能量。超声冲击扫描速度为2mm/s，冲击三次相比未冲击试样的抗拉强度提升了10.21%，屈服强度提升了32.51%，延伸率降低了15.6%。经过超声冲击后，试样内部气孔数量大大减少，且距离沉积层顶层越近的气孔塑性变形越大，气孔闭合程度也越高。从微观上看，超声冲击作用破碎了顶部圆弧区的树枝状晶粒，树枝晶开始向等轴晶转化，晶粒尺寸相比沉积试样显著减小，同时晶内和晶界上出现了大量的第二相颗粒。

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