【摘 要】
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本课题基于双丝CMT共熔池工艺,采用ER50-6低碳钢、ER316L不锈钢和自制HNS高氮钢三种丝材,进行了调整异质双丝送丝速度比例增材制造高强合金钢构件的研究。研究选取了“低碳钢+不锈钢”和“不锈钢+高氮钢”二种异种丝材增材制造模式,得到了二种模式下异质双丝成分比例变化对增材构件元素成分的构成、显微组织的演化和力学性能变化的影响规律,实现了通过改变异种双丝CMT增材丝材比例而低成本得到高强韧性合
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本课题基于双丝CMT共熔池工艺,采用ER50-6低碳钢、ER316L不锈钢和自制HNS高氮钢三种丝材,进行了调整异质双丝送丝速度比例增材制造高强合金钢构件的研究。研究选取了“低碳钢+不锈钢”和“不锈钢+高氮钢”二种异种丝材增材制造模式,得到了二种模式下异质双丝成分比例变化对增材构件元素成分的构成、显微组织的演化和力学性能变化的影响规律,实现了通过改变异种双丝CMT增材丝材比例而低成本得到高强韧性合金钢构件的目的。首先进行了ER316L不锈钢与ER50-6低碳钢异质双丝丝材配比设计与增材工艺试验,堆敷了7种比例的50层直壁体构件,以研究元素成分变化对Fe-Cr-Ni合金钢增材构件物相和性能的影响。显微组织观察发现,发现随着Cr和Ni元素的增加,构件中马氏体和铁素体含量均逐渐减少,奥氏体含量逐渐增加,RER316L达到80%时,构件中只有奥氏体和少量的铁素体。XRD检测发现,随着Creq/Nieq的下降,增材制造构件中的Fe-Cr-Ni合金钢构件逐渐析出σ相、Cr23C6和Cr7C3等第二相。性能检测表明RER316L为40%时构件抗拉强度最高,可达1153.53MPa;RER316L为30%的样品具有最高的显微硬度,可达394.44HV,这主要是由于增材制造构件中马氏体强化和第二相强化的作用。然后再以ER316L不锈钢丝材和自制HNS高氮钢丝材比例变化为研究对象,同样进行了增材工艺试验,成功堆敷了7种比例的50层直壁体构件,以探究在Cr当量不变的情况下,Ni和N元素成分变化对Fe-Cr-Ni-N合金钢增材构件物相和性能的影响。显微组织观察发现,随着ER316L不锈钢丝材占比从20%提升到80%,构件中奥氏体含量呈现“先上升-后下降-再上升”的趋势,同时铁素体含量随之持续增加且分散。另外,随着N元素含量的提升,铬氮化合物析出增多,碳化物析出减少。性能检测表明,随着Nieq的提高,增材构件的抗拉强度逐渐下降,断后伸长率呈“W形”波动变化,构件平均断后伸长率均超过37%。最后,以软层与硬质层交叠强化结构为模型,进行多维异质双丝CMT多道多层分层交叠增材试验研究。硬质层采用RER316L为40%的不锈钢与低碳钢混熔制成高强度高硬度熔敷层,软层采用RER316L为60%的不锈钢与高氮钢混熔制成高强度高塑性熔敷层,硬质层和软质层交替增材的比例为3:1。显微组织观察发现硬质层与软层的交界面处主要成分是奥氏体和铁素体。性能检测表明抗拉强度为679MPa,既低于硬质层也低于软层,这主要由于道间部分存在未熔合。
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