ER2319铝合金磁控电弧增材制造成形工艺及组织性能研究

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铝铜合金做为典型的轻金属材料被广泛应用于军工,核能,航空航天,交通运输,桥梁建筑、化学工业等现代制造领域,具有广泛的应用前景。但此类铝合金在增材制造过程中存在构件变形严重、成形精度不高、组织性能不均匀等问题,并且易产生气孔、裂纹等缺陷,不利于大范围的生产及使用。因此对铝合金电弧增材制造成形工艺研究显得尤为重要。本论文主要以ER2319为研究对象,设计不同的电弧增材堆积路径,在最优电弧增材堆积路径基础上,引入不同的外加磁场,通过对电弧增材构件宏观形貌、微观组织及力学性能的测试分析,探讨堆积路径及磁场参数对增材构件的影响规律及作用机理,优化构件成形质量,改善组织和性能。堆积路径影响构件宏观表面成形质量,具体表现在构件宏观形貌及表面平整度两方面,堆积路径4下,构件的宏观形貌最好,表面平整度最小,构件成形最佳。四种堆积路径下,构件内部的微观组织比较复杂,构件内部微观组织主要由柱状晶及等轴晶组成,整体呈层状不均匀分布,且具有明显的方向性。堆积路径对构件力学性能有影响,堆积路径4下构件的强度相比其他堆积路径均有所提高,其中构件的抗拉强度相比堆积路径2下提高了64MPa,提高了20%,屈服强度提高了45MPa,提高了16%,构件的延伸率为14.95%,硬度最大可达到70.24HV。堆积路径1、堆积路径2及堆积路径3下可见明显表面根部裂纹,堆积路径4下未发现明显表面根部裂纹。引入外加磁场后,随着励磁电流及励磁频率的增加,增材构件的表面平整度呈现先变小再变大的趋势,构件宏观成形先优化再劣化,在微观组织方面,构件内部晶粒先变的细小均匀再变的粗大,在力学性能方面,构件的强度呈现先增大后减小的趋势。在励磁电流为5A,励磁频率为50Hz时,构件的表面平整度最小,构件宏观成形最好,此时构件内部微观组织大部分为细小均匀的等轴晶,晶粒细化最明显,构件的抗拉强度达到420MPa,相比无磁场提高了38MPa,提升了10%,屈服强度为382MPa,相比无磁场提高了16MPa,构件的延伸率相对最大为20.51%,相比无磁场提高了5.56%。
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