高氮不锈钢光丝同轴激光增材组织与性能研究

为研究光丝同轴激光增材技术在制备高氮不锈钢块体材料中的应用潜力,采用直径1.2 mm、氮含量为0.71 wt.%的高氮钢丝材,通过光丝同轴激光增材技术进行多道多层增材试验。利用工业CT扫描、氮含量分析、组织形貌观察、物相分析及力学性能测试等方法,对增材块体的内部质量、氮含量、微观组织及力学性能进行了系统研究。结果表明,增材块体中存在少量未熔合缺陷,主要分布在底部,且一般出现于每一层的前两道附近,等效直径主要分布于200~300μm。内部存在大量细小孔洞状低密度缺陷,其体积占比为0.073%,其中约90%的等效直径区间为1.5~7.5μm。中部和顶部的氮含量都在0.66 wt.%以上,氮损失均低于7.5%;底部氮含量降至0.58 wt.%,氮损失为19%。物相分析表明,增材块体主要为奥氏体γ-Fe相,通过SEM和EDS可发现基体材料中存在少量α-Fe枝晶和Mn的氧化物。金相观察发现,增材块体主要由细小的柱状晶和等轴晶组成。增材块体底部力学性能较好,中部各向异性较小。其增材方向上的硬度分布为315~355 HV,且底部明显高于中部和顶部。块体中部增材方向抗拉强度875 MPa,屈服强度为679 MPa,延伸率为50%;行进方向抗拉强度为908 MPa,屈服强度为685 MPa,延伸率为34%。此外,块体底部行进方向的抗拉强度为997 MPa,屈服强度为770 MPa,延伸率为43%。本研究证实了光丝同轴激光增材技术制备高氮不锈钢块体材料的可行性,为高氮不锈钢增材制造技术的开发和应用提供了重要的理论依据和技术支持。

基于冷金属过渡的电弧增材制造成形系统

利用冷金属过渡技术热输入量小、焊接无飞溅、电弧稳定等优点,设计了电弧增材制造成形系统。系统由硬件和软件两部分组成,软件系统中的数控加工软件能够模拟零件的铣削加工路径,机器人离线仿真软件Iungoprint将模拟的铣削路径转变为增材制造路径,并通过图形动画模拟整个增材制造过程;硬件系统主要由KUKA机器人和Fronius数字化焊机组成,以实现焊接成形稳定、高效、柔性的总体要求。利用该系统研究焊接工艺参数对焊缝熔宽和层间增高量的影响,通过二次回归设计建立了焊道尺寸的预测模型,用以控制成形零件的精度。通过薄壁铝合金花瓶零件成形实验,所得零件尺寸与设计值的误差被控制在2%以内,验证了预测模型的可靠性及成形系统的可行性。