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分层交叠结构GMA电弧增材工艺试验研究

吴成成  
【摘要】:本文基于GMA电弧增材制造技术,仿天然贝壳珍珠层“砖-泥”结构,以制备抗冲击性能优异的增材结构件。本文以ER130S-G高强钢为主要研究对象,分析增材工艺成形特性、层道组织及力学性能,开展单道沉积成形特性和尺寸调控、多道搭接工艺,以及分层交叠结构件组织性能研究。针对高强钢单道沉积,制定工艺参数窗口,获得成形良好的工艺规范区间。通过Design-Expert软件,以送丝速度、电弧运动速度、摆动幅度为输入变量,以沉积焊道高度和宽度为输出变量,采用传统的二次回归建立沉积焊道高度和宽度与输入变量之间的二次回归方程。得出送丝速度对焊道成形尺寸影响最显著。高强钢多道搭接工艺试验研究,研究道间搭接率、冷却温度以及送丝速度对其成形、组织以及力学性能的影响。结果表明,高强钢搭接后组织可分为未受热区主要由针状铁素体和粒状贝氏体;受热区主要由针状铁素体+少量粒状贝氏体+板条马氏体的混合组织。在搭接率为45%,冷却温度150℃,送丝速度6.0m/min时获得力学性能最佳。最后,仿照天然贝壳珍珠层的结构特征对不同层数比例的高强钢与不锈钢进行多层多道分层交叠结构试验。异材交界处金相分析,高强钢组织主要为马氏体和贝氏体,由细晶区向粗晶区过渡,不锈钢组织主要为奥氏体与铁素体。在沿着焊道与垂直焊道两个方向上,与纯不锈钢相比,高强钢-不锈钢异材分层交叠结构抗拉强度明显提升。当不锈钢与高强钢之比为1:3时,抗拉强度最高可达1119.54MPa。通过添加一定比例的不锈钢,不论在正面或者侧面冲击,异材分层交叠结构的冲击性能均得到提高。其中不锈钢与高强钢之比为1:1时,抗冲击性能改善最明显,正面冲击韧性提升74.24%,侧面冲击韧性提升66.98%。


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