摘要 各行业采用金属增材制造受到沉积部件中残余应力和变形的阻碍。定向能量沉积过程中的大热梯度通常会导致最终沉积物中出现残余应力。参数优化主要用于缓解残余应力。然而,工艺参数的影响是材料特定的。当前的研究旨在研究层间停留时间对高强度钢合金定向能量沉积中残余应力的影响。样品以三个层间停留时间水平沉积。使用 X 射线衍射测量表面和体积残余应力。发现表面和体积残余应力都随着层间停留时间的增加而增加。
粗晶粒和柱状晶粒结构沿增材制造金属的构建方向外延生长是一种常见现象。因此,成品部件通常表现出明显的各向异性机械性能、延展性降低,因此开裂敏感性高。为了提高增材制造部件的机械性能和可加工性,等轴和细晶粒结构的形成被认为是最有益的。在本研究中,研究了激光丝增材制造过程中通过超声波激发熔池来细化晶粒的潜力。开发了一种超声波系统并将其集成到激光丝沉积机中。AISI 316L 钢用作基材和原料。通过光学显微镜、扫描电子显微镜和电子背散射衍射分析,证实了粗柱状晶粒 (d m- = 284.5 μ m) 转变为细等轴晶粒 (dm = 130.4 μ m),并且典型的 <100> 纤维织构随着振幅的增加而减弱。结果表明,晶粒细化的程度可以通过调节超声振幅来控制。没有观察到树枝状结构的显著变化。超声焊极/熔池直接耦合与激光丝沉积工艺的结合代表了一种开创性的方法和有前途的策略,可用于研究超声对晶粒细化和微观结构调整的影响。
沉淀P2和P3是CO 34.0 Cr 29.0 Ni 30.5 Ti 2.3 O 4.2(at。%),CO 3.6 Cr 1.3 Ni 1.0 1.0 Ti 94.1(at。%)和
图 2:(a) 316L+20%WC 复合材料的 SEM 显微照片。部分溶解的 WC 碳化物(亮圆圈)均匀分散在增强基质中。(b) (a) 的特写视图,显示了部分溶解的 WC 碳化物(浅灰色)的紧邻区域以及由凝固碳化物组成的网络。(c) (a) 的另一个特写视图,重点关注熔池和 HAZ 之间的过渡及其各自的凝固碳化物。
定向能量沉积 (DED) 描述了一类增材制造 (AM) 工艺,其中聚焦热能用于在沉积材料时熔化材料,这在指南 F3187 中有详细描述,并提供了除既定工艺之外的额外制造选项。DED 有可能减少制造时间和成本,并提高零件功能性。通常,DED 用于处理金属原料以执行以下任务之一:制造净形状和近净形状零件、在常规加工的零件上制造特征、进行表面改性(包覆)以防止磨损和腐蚀,或通过向破损或磨损的零件添加金属来修复金属零件。DED 工艺根据几个维度而有所不同,包括原料类型(线材或粉末)、能量源(激光、电子束、电弧、等离子)、能量源数量和机器架构。一些实施方案包括减材工艺,以将零件和特征加工成最终尺寸。一些实施方案利用一个或多个实时传感器来监控各种性能指标,例如熔池温度或尺寸。从业者了解传统的、长期存在的制造工艺(例如切割、连接和成型工艺,例如通过机械加工、焊接或铸造)的优势和劣势,并在设计阶段和选择制造工艺时给予适当的考虑。就 DED 和 AM 而言,设计和制造工程师的经验通常有限。没有与传统工艺相关的限制,DED 的使用为设计师和制造商提供了高度的自由度,这需要了解该工艺的可能性和局限性。本设计指南通过提供有关 DED 零件和特征的典型特征的信息、对这些特征基于工艺的原因的见解以及对工艺能力和局限性的理解,为不同的 DED 技术提供指导。这些信息和理解应该为设计师提供指导,他们可以利用这些指导来利用 DED 功能、绕过限制进行设计并避免工艺缺点。本文件扩展了 ISO/ASTM 52910(通用设计指南),并补充了金属和聚合物材料的粉末床熔合设计指南(ISO/ASTM 52911-1 和 -2),以及正在开发的其他工艺特定设计指南。此外,它专门针对 F3187 指南中的通用 DED 描述并以此为基础。
在 Inconel 718 的激光定向能量沉积 (L-DED) 中,所制造部件的微观结构在很大程度上取决于所应用的工艺参数和由此产生的凝固条件。大量研究表明,工艺参数沉积速度和激光功率对微观结构特性(如枝晶形态和偏析行为)有重大影响。本研究调查了当线质量(从而导致的层高)保持不变时,这些工艺参数的变化如何影响微观结构和硬度。这使得能够对使用相同层数但工艺参数截然不同制造的几何相似样品进行微观结构比较。这种方法的好处是,所有样品的几何边界条件几乎相同,例如特定于层的构建高度和导热横截面。对于微观结构分析,应用了扫描电子显微镜和能量色散 X 射线光谱,并以定量方式评估结果。沿堆积方向测量了微观结构特征,包括一次枝晶臂间距、沉淀 Laves 相的分数和形态以及空间分辨的化学成分。使用半经验模型,根据一次枝晶臂间距计算发生的冷却速率。应用了其他研究人员使用的三种不同模型,并评估了它们对 L-DED 的适用性。最后,进行了显微硬度测量,以对材料机械性能的影响进行基线评估。
摘要:近几十年来,增材制造领域人气飙升,尤其是作为传统金属零件生产的可行替代方案。定向能量沉积 (DED) 是最有前途的增材技术之一,其特点是沉积速率高,其中电弧增材制造 (WAAM) 就是一个突出的例子。尽管 DED 具有诸多优势,但众所周知,其生产的零件表面质量和几何精度不佳,这一直是其广泛应用的主要障碍。这在一定程度上是由于对增材层产生的复杂几何形状缺乏了解。为了应对这一挑战,研究人员专注于表征增材层的几何形状,特别是焊珠的外部。本文通过比较两种不同的技术:振荡策略和重叠焊珠,专门研究了产生的壁的几何特征和对称性。
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