Fe314合金粉末等离子增材制造工艺和组织性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lingwei99
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等离子增材制造(Plasma Additive Manufacturing,PAM)采用等离子弧作为热源,对构件3D建模,分层制造,逐层累加成形,在多种领域拥有广阔前景。目前对PAM的研究主要使用低能量等离子弧,使用丝材,而高能量转移弧的增材制造研究较匮乏。转移弧做热源,试样堆焊效率更高;使用粉末材料,试样成形精度也高于丝材,且成分灵活。本文引入振动,目的改善PAM试样的残余应力和变形,改善其组织性能。本文采用转移弧型等离子焊机,使用Fe314粉末同步送粉,主要研究PAM的成形工艺和振动辅助PAM试样宏观成形、残余应力、残余变形、微观组织和性能的变化规律和内在机理。首先进行单层单道成形工艺实验,得到了工艺参数对单层单道成形影响规律。接着设计二次回归旋转实验,得到多层单道成形的成形尺寸和工艺参数的数值关系,继而得到了最佳工艺参数范围,焊接电流I为3040A,送粉速度V1为45.6 g·min-1,焊接速度V2为100150 mm·min-1。接着使用振动辅助PAM,结果表明,振动不利于PAM试样成形,但施加振动,试样残余应力和残余变形下降,4m/s2的振动参数对残余应力的改善效果最好,6m/s2的振动参数对残余变形的改善效果最好。振动细化PAM试样组织,枝晶破碎效果明显。试样主要相组成是γ(Fe,Ni,Cr)相以及α(Fe,Cr)相这两种固溶组织。振动对组织物相组成没有显著影响。在层间结合区域Cr元素富集,施加振动辅助后,成分偏析得到改善,但在层间结合区域成分偏析仍然存在。在性能方面,使用Fe314粉末可以增材制造船用螺旋桨,基于其工作环境,进行了多种性能测试。研究结果表明:振动使PAM试样显微硬度分布均匀化,其中4m/s2的振动加速度改善效果最好;振动使PAM试样的抗拉强度提升,其中2m/s2的振动加速度强化效果最显著;振动提升PAM构件的耐磨性能,本实验中试样的磨损形式为氧化磨损+磨粒磨损+剥落,在4m/s2和6m/s2振动加速度下耐磨损性能改善效果最好。振动提升PAM试样的耐腐蚀性,其中4m/s2的振动参数对耐腐蚀性提升最显著。在PAM中加入振动,试样成形精度受到干扰,但试样的组织细化,各项性能提升,残余变形和残余应力下降,证明振动辅助PAM有一定应用价值。
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