CMT电弧增材Al12Si组织与性能研究

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铝硅合金因其具有良好的耐腐蚀性、耐磨性和高的比强度,被广泛应用。电弧增材制造是近年来热门的研究课题。本文以ER4047铝合金作为填充丝材,主要研究了CMT(冷金属过渡,Cold Metal Transfer)四种电弧模式增材Al12Si合金的工艺性、增材体显微组织的形成规律以及退火处理对增材体显微组织与力学性能的影响。主要研究成果如下:经过对CMT电弧增材工艺的研究,发现增材时焊接速度与送丝速度相匹配时沉积层的形貌较好。四种电弧模式中,CMT-P电弧模式增材试样的表面形貌较好且综合力学性能较好,抗拉强度可达225 MPa,断后延伸率可达18%。增材体的孔隙率为0.19%,组织致密,气孔在增材体内随机分布且气孔尺寸越大其球形度越差。CMT电弧增材Al12Si合金显微组织为典型的亚共晶组织,组织细小,片层状共晶Si的平均厚度为310 nm。增材体层内组织中共晶Si组织的形貌大部分为片层状,层间组织中共晶Si的形貌呈现团块状。Al原子依附于未熔化的α-Al枝晶继续生长,使得α-Al枝晶可以穿过多层重熔区继续生长。距离基板不同的位置,其散热模式不同,导致不同位置处的显微组织形貌不同:靠近基板处试样中α-Al枝晶大多交错生长且长度较短,试样中部的α-Al枝晶大多相互平行且长度较长,远离基板的试样顶部α-Al枝晶交错生长且长度较短。增材过程中熔池平均温度可达1121℃,冷却速率为3.0×10~2~1.6×10~4K/s,高过热和较快的冷却速率使CMT电弧增材Al12Si合金可以获得纳米级的超细组织。通过研究退火温度和时间对CMT电弧增材Al12Si合金组织和力学性能的影响发现,退火处理可以使组织中的片层状共晶Si发生球化,共晶Si尖端处的应力集中减少,提高材料塑性,共晶Si生长规律符合Oswald时效过程方程?~2?0~2 2.26×10-15exp(-24944.86/8.314T)t。退火温度达到500℃及以上时,球化效果明显。随退火温度升高或退火时间增加,片层状共晶Si逐渐球化且厚度增加,试样抗拉强度降低,但断后延伸率提高。500℃退火后,抗拉强度由225 MPa降至177 MPa,断后延伸率由18%增至30%。550℃退火后,试样抗拉强度由225 MPa降至192 MPa,断后延伸率由18%增至27%。
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