双填丝等离子弧增材制造高强高硬高氮钢组织与特性研究

针对等离子单填丝增材制造电弧热量利用率低和熔丝效率低,容易造成增材金属过热的问题,以高氮钢丝材为熔化材料,采用单电弧双填丝共熔池的等离子弧增材制造工艺制备了高氮钢直壁体试样。采用游标卡尺、光学显微镜、扫描电镜和力学性能试验等手段,分别对单填丝和双填丝两种工艺增材直壁体的成型尺寸、熔敷效率、显微组织、力学性能和断裂形式进行了对比检测分析。然后详细考察了丝材熔敷量增加对试样组织和力学性能的影响,并分析双填丝等离子弧增材制造高强高硬高氮钢构件的组织变化规律和性能变化规律。结果表明,相对于单填丝增材工艺,在同样的增材电流下,双填丝增材工艺中总填丝速度可以成倍增加,分层更加清晰,平均有效熔敷效率提高92%。试样的显微组织大部分为平行增材方向奥氏体柱状树枝晶,存在少量的δ铁素体和弥散分布的氮化物,少量奥氏体树枝晶生长的方向出现不一致。在同样的电弧进行速度下,双填丝等离子弧增材制造的试样的抗拉强度均有明显提升,最大提升可达到44 MPa;断后伸长率均有增加,最高提升了9.4%。试样的显微硬度比单填丝增材试样的显微硬度略有提高。

大厚度高氮钢多层多道等离子弧增材构件的组织与性能分析

以自研的高氮奥氏体不锈钢焊丝为增材丝材,采用等离子弧成功堆敷了25 mm大厚度高氮钢构件。采用X射线检测、光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和机械试验机对增材构件的缺陷、成分、组织和力学性能进行了检测分析,详细考察了堆敷速度对组织和力学性能的影响,揭示了大厚度多层多道增材制造的组织变化规律和性能增强机制。结果表明:大厚度高氮钢增材构件内部存在少量气孔,并且构件内合金元素分布均匀。试样的组织大部分为奥氏体,还有少量的δ铁素体和弥散分布的氮化物,层间和道间均分布着铁素体带。当堆敷速度由30 cm/min下降到18 cm/min时,上下两层相邻焊道交界处铁素体带的宽度由160μm降低到35μm,每层热输入量由1.275×104 kJ降到1.042×104 kJ;试样的横向和纵向平均抗拉强度分别提高90 MPa、76 MPa,横向和纵向平均延伸率分别提高6.5%、7.0%,横向和纵向平均冲击韧度分别提高12.07 J/cm 2、4.02 J/cm 2,试样的平均显微硬度提高了22.2HV。