电弧轨迹对CMT电弧增材制造Inconel 625合金厚壁件组织与性能的影响

采用以冷金属过渡(CMT)电弧为热源的增材制造技术制备Inconel 625合金厚壁件,对比研究了摆动与两道多层电弧轨迹下厚壁件的显微组织和性能。结果表明:在摆动电弧轨迹增材制造过程中出现了飞溅现象,厚壁件表面粗糙,而在两道多层电弧轨迹增材制造过程中无明显飞溅现象,厚壁件表面光滑平整;厚壁件中树枝晶的生长方式均为外延生长,树枝晶中存在二次枝晶以及三次枝晶,且两道多层电弧轨迹下的枝晶间距小于摆动电弧轨迹下的;两道多层电弧轨迹下厚壁件的平均抗拉强度高于摆动电弧轨迹下的;摆动和两道多层电弧轨迹下厚壁件的抗拉强度各向异性百分比均很小,分别为4%,4.5%,厚壁件的断裂类型均为韧性断裂。

基于RobotStudio平台的增材制造编程方法

采用ABB机器人仿真软件RobotStudio平台建立试验室虚拟工作站,对4043铝合金的任意正多边形进行路径规划编程.对试样的显微组织及力学性能进行观察和测试,试验结果表明,编程程序能较好地对任意正多边形构件进行增材制造,构件本身成形良好,性能佳,能够符合快速成形的要求.

CFRP表面的激光处理及其结构与性能研究

采用光纤激光器对碳纤维复合材料(CFRP)表面进行处理,通过研究激光的光斑直径(D g)和Z轴距离(L Z)的关系,研究了L Z对CFRP表面形貌、结构,以及对CFRP与铝合金单搭接接头胶接拉伸剪切强度(τ)的影响。结果表明:L Z为5~25 mm时,随着L Z的增加,D g增大;L Z为20 mm时,激光处理后的CFRP表面的环氧树脂基本去除,碳纤维几乎没有被破坏,排列仍然规整,环氧树脂去除的效果较好,且其表面烧蚀率最大为7.6 g/s,CFRP与铝合金单搭接接头的τ最大为15.46 MPa。

热处理温度对选择性激光熔化TC4钛合金板不同成形面组织和性能的影响

通过热处理试验、金相检验、扫描电镜观察、X射线衍射分析和硬度测试,分析了热处理温度对选择性激光熔化TC4钛合金板不同成形面的相组成、显微组织和硬度的影响。结果表明:随热处理温度由750℃升高至950℃,选择性激光熔化TC4钛合金板顶面和侧面的针状马氏体α'相不断减少;当热处理温度为850℃时,针状α'相完全转变为α+β相,当热处理温度(950℃)超过α相转变温度时,β相含量升高;钛合金板顶面基本没有柱状β相,形成了等轴状β相,其侧面仍存在柱状β相;钛合金板顶面和侧面的硬度随着温度的升高呈先减小后增大的趋势。

激光选区熔化CoCrFeMnNi高熵合金微观组织及力学性能研究

为了探究采用金属增材制造技术对高熵合金的制备,课题组采用激光选区熔化技术(SLM)成功制备冶金结合良好的CoCrFeMnNi试样,并对成形件的微观组织及力学性能进行分析。研究发现SLM成形的CoCrFeMnNi高熵合金相为单一面心立方相(FCC)Fe_(2)Ni_(2),样品微观组织在不同成形方向上呈各向异性:沿水平方向,内部以胞状晶为主;沿成形方向,内部以柱状晶为主,组织为"鱼鳞"状形貌,单个柱状晶粒最长为70μm,穿过多个成形层并显现外延生长特征。EDS结果表明SLM成形件的各元素分布平均,未呈现显著的成分偏析。拉伸测试结果显示SLM成形件屈服强度和抗拉强度为569 MPa和690 MPa,延伸率为16%,相较于铸态件分别提高了145%和24%,而塑性比铸态件降低了63%。SLM成形件拉伸断口形貌呈现以脆性断裂为主的混合断裂特征。

基于Fluent软件的Keyhole-TIG焊接电弧的数值模拟

以自由燃烧的Keyhole-TIG电弧为研究对象,建立了统一电弧-钨极-阳极的二维轴对称模型。采用Fluent软件对焊接电流为520 A的稳态Keyhole-TIG电弧进行了模拟,以获得电弧的温度、速度、压强和电流密度等物理量及其分布。结果表明:钨极下方电弧的最高温度达36000 K;电弧出现强烈的阴极喷射,高速等离子体产生的动压力是形成小孔的主要原因;由于小孔的泄压作用,阳极表面附近未形成明显的高压区;大部分电流从阳极工件上表面流入钨极,仅19%的电流从小孔中进入;电弧传入小孔的热量占总热量的17%,剩余热量通过阳极上表面进入。

垫片尺寸对碳纤维复合材料螺栓连接单搭接挤压强度影响研究

针对碳纤维复合材料单搭接螺栓连接结构,研究不同垫片外径对螺栓连接的挤压强度及损伤的影响,并仿真分析其失效模式。发现在单搭接螺栓连接结构中,加入垫片可以提高连接的挤压强度,且强度随着垫片外径尺寸的增加而增加。当垫片外径从11.8 mm逐渐增加到13.8 mm、15.8 mm和17.8 mm时,挤压强度分别在前一基础上提升了5.76%、5.87%和2.4%。试验结果表明垫片外径增加到一定程度时,挤压强度的增强效应开始减弱,但对失效模式并没有影响,仍为挤压失效模式。在Abaqus有限元软件中建立碳纤维复合材料单搭接螺栓连接三维有限元模型,引入含拉伸分层损伤、压缩分层损伤的三维Hashin准则和改进了的Tan、Tserpes材料刚度退化模型,仿真得到的载荷-位移曲线和失效模式与试验结果相吻合。

6005铝合金搭接接头组织及疲劳性能研究

采用熔化极惰性气体保护(MIG)焊对6005铝合金进行搭接焊接试验.对焊接接头进行微观组织观察和显微硬度测试,结果显示,熔合区出现联生结晶特点,焊缝中心以等轴晶为主,热影响区(HAZ)晶粒发生严重粗化,焊缝区的维氏硬度(HV)为64.5,母材区为89.6,接头出现明显软化区.在疲劳性能测试中焊接接头疲劳强度只有母材的21.41%,焊接接头疲劳断口呈韧性断裂和解理断裂的混合性断裂.分析疲劳裂纹扩展机理得出,在裂纹尖端钝化和加载应力循环下,裂纹沿45°方向呈"Z"字型扩展.

电子束选区熔化气孔形成机理

电子束选区熔化(EBSM)是一种新兴的增材制造技术,钛合金Ti-6Al-4V是增材制造中最常用到的材料之一。对钛合金Ti-6Al-4V增材制造试样进行微观组织及拉伸性能分析,发现试样底部存在粗大块状平行α板条组织,顶部存在细小柱状β相及片层状α板条组织。拉伸试验结果显示,平行和垂直增材制造方向试样极限抗拉强度相差较小,说明在增材制造过程中存在气孔缺陷,导致材料强度发生变化。

AA6082铝合金MIG焊接接头组织和疲劳性能分析

采用光学显微镜、扫描电子显微镜、疲劳试验机、显微硬度计等对AA6082铝合金焊接接头的微观组织、显微硬度和疲劳断口特征进行研究.结果表明:焊缝主要为树状晶的铸态组织,熔合区为柱状晶,母材显微组织中α(Al)固溶体基体上均匀分布着强化相Mg_2Si.接头热影响区宽度达到14 mm,存在软化区.对疲劳断口进行微观和宏观分析发现,AA6082铝合金熔化极惰性气体保护(MIG)焊接接头的断口具有解理断裂的特征,同时也有少量的韧性断裂特征,断口中存在解理台阶、韧窝和大量长短不等的二次裂纹.

钒含量对4Cr5Mo2V钢显微组织与力学性能的影响

以4Cr5Mo2V钢的化学成分为基础,制备了钒质量分数分别为0.15%,0.55%,1.25%的试验钢,并进行了1 040℃真空淬火和不同温度(540,620℃)回火处理,研究了钒含量对试验钢显微组织、硬度和冲击韧性的影响。结果表明:随着钒含量增加,回火处理后试验钢组织中的晶粒均发生细化,析出的VC型碳化物数量增加,晶粒细化和析出强化作用增强,导致硬度提高;650℃回火时的析出碳化物数量较多,导致基体发生软化,硬度相比于540℃回火有所下降。540℃回火后,钒含量为0.15%,0.55%试验钢发生韧性断裂,后者的冲击韧性更好,冲击吸收功达到265 J;当钒含量增至1.25%时试验钢发生脆性断裂,冲击吸收功仅为26 J。620℃回火后,3种试验钢均发生韧性断裂,冲击吸收功均在200 J以上。

工艺参数对钎焊TC4接头微观组织及显微硬度的影响

采用Ti-Zr-Cu-Ni非晶钎料真空钎焊TC4钛合金,研究不同保温时间对钎焊接头的影响.采用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM),能谱仪(EDS)和显微硬度计对接头的显微组织和力学性能进行分析.结果表明,焊缝主要组织为α-Ti与β-Ti,且随着保温时间的增加,焊缝区逐渐增厚,组织逐渐粗大.当保温时间为40 min时,焊缝显微硬度最大,平均硬度(HV)为328,最大硬度为335.