增材制造(Additive Manufacturing,AM)技术,也称“3D打印”等。增材制造技术自20世纪末才有了大力发展,增材制造技术是一种新兴的制造技术,通过逐层累加材料以达到设计要求的制造技术。增材制造技术提高了材料利用率,能大大节省材料,甚至说不消耗不必要的材料,且在制造时无需使用专用的模具,省去开模的时间,从而降低制造成本。增材制造可以实现两个功能:一是修复和恢复破碎机械零件的原始尺寸,二是对采用标准成形工艺难以成形的复杂零件进行脱模和直接无模打印。金属产品的应用范围和能力在不断扩大,并且这些产品正在使用更复杂的技术来制造。铝合金增材制造研究对工业产品的设计和安全性评价具有重要意义。本文采用机器人冷金属过渡(CMT)技术成功的打印出4043铝合金墙体结构,分别对增材制造4043铝合金的底部、中部和上部等不同部位的显微组织和力学性能进行分析,通过不同区域的组织变化分析4043铝合金增材制造过程中不同区域的冷却速率以及不同部位的性能。分别取垂直和平行于打印方向的样本进行低周疲劳和拉伸性能测试,疲劳中出现的棘轮研究采用不对称加载的方式,分别研究应力幅和平均应力的变化对增材制造铝合金棘轮行为的影响。将棘轮后的试样进行拉伸性能测试与未进行棘轮试验的试样拉伸结果进行分析,以便分析棘轮行为的影响。结果表明,CMT增材制造4043铝合金的树枝晶组织具有明显的方向性,?(Al)+Si的二元共晶组织主要分布在晶界处,晶粒内部主要分布着?(Al)。增材制造铝合金中间区域的枝晶比顶部和底部区域的枝晶大,并且在层间结合处的晶粒组织明显大于层间晶粒组织,这也直接导致其力学性能下降。垂直于增材制造方向的铝合金具有165MPa的抗拉强度和50 MPa的屈服强度,平行于打印方向的铝合金具有70 MPa的平均屈服强度,171 MPa的平均抗拉强度以及良好的延展性。低周疲劳循环次数在5×10~4的寿命极限分别为132.078 MPa和140.614 MPa,低周疲劳过程中出现的棘轮应变变化分为三个阶段,初始阶段很短暂且应变率高,由不闭合的磁滞回线引起瞬态棘轮现象,在第二阶段,棘轮应变在若干周期内表现出稳定的速率变化,最后阶段,棘轮应变速率迅速增大直到断裂失效。断口韧窝底部有显微空洞的存在,棘轮过程中显微空洞在循环载荷的作用下不断长大,多个相邻显微空洞同时长大,最终空洞相连导致断裂。基于疲劳断裂机理进行分析,增材制造铝合金裂纹扩展多以穿晶形式进行,夹杂和气孔处易于裂纹形核,棘轮过程中滑移带的侵入挤出在增材制造铝合金的金属上形成粗糙不平表面,导致微裂纹的形成,裂纹的扩展会具有Z字型的扩展路径。垂直和平行于打印方向的增材制造铝合金棘轮行为表明,平均应力或应力幅值的增加导致棘轮应变的增加,并且棘轮应变的不断积累会引起金属材料的塑性损伤,与未棘轮试样相比,预棘轮行为导致拉伸强度和屈服强度增加。