粉芯丝材激光增材制造Fe-xMn-6Si-9Cr-5Ni合金记忆性能

为提升铁基记忆合金性能,控制增材制造过程中的元素烧损率,使用粉芯丝材激光定向能量沉积技术制备了不同锰含量Fe-xMn-6Si-9Cr-5Ni(x=14,17,20)合金.研究了在不同预变形量下合金的形状回复率和显微组织,进而探究了该合金记忆性能显著提高的机理.结果表明,粉芯丝材激光增材制造Fe-xMn-6Si-9Cr-5Ni合金,在增材制造过程中的元素烧损率仅为25.6%,在沉积态合金中产生了可提高合金记忆性能的降温马氏体.其中,锰的质量分数为17%的合金,在预变形量为4%和6%时的形状回复率分别达到75%(可回复变形量为3%)和63%(可回复变形量为3.78%).创新点:(1)使用可以抑制元素烧损的粉芯丝材作为激光增材制造铁基记忆合金用材,可以大幅减少Mn等易烧损元素的损失.(2)粉芯丝材激光增材制造铁基记忆合金的沉积态组织中存在可以提升合金的记忆性能的降温ε马氏体.(3)阐述了不同锰含量铁基记忆合金在不同预变形量下的记忆性能影响机制.

基于Cu-Al-Fe合金的粉芯丝材增材制造理论及其温度场分析

目前有关粉芯丝材增材制造的研究较少,其理论尚不成熟.将Cu-Al-Fe合金作为研究对象,系统论述了粉芯丝材电弧增材制造的相关理论(沉积成形理论、梯度传热理论和晶粒细化理论),并使用Simufact-Welding平台搭建了单道多层数值模型,通过对多组别温度场的分析,获得了试验条件下的最佳工艺窗口,即输入电流140 A和扫描速度0.4 m/min,最后开展了优化工艺窗口下的粉芯丝材沉积成形试验.结果表明,在此工艺窗口下可获得形状较好的薄壁墙,该研究为开展粉芯丝材电弧增材制造提供必要的理论基础与试验依据.

增材制造记忆合金的元素烧损行为及其补损分析

在剖析增材制造过程中记忆合金元素烧损行为的基础上,以自制粉芯丝材为原料,采用电弧熔融沉积工艺制备了不同Mn,Si含量的系列Fe Mn Si Cr Ni合金,求解了Mn和Si两种易烧损元素的烧损率,拟合了烧损率与设计含量之间关系的数学模型,并通过合金的熔融沉积试验对该模型进行了验证.结果表明,增材制造记忆合金元素烧损的主要形式为低沸点元素的选择性蒸发,其绝对烧损率与合金中所有易烧损元素设计成分近似呈现线性关系;验证试验结果显示,通过该模型设计所获得的记忆合金成分误差不超过4%,表明该理论模型具有较高的精度,可用于指导增材制造记忆合金成分的准确控制.