镁合金CMT摆动电弧熔敷增材+FSP复合制造成形机理研究
批准号:
52075377
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
申俊琦
依托单位:
学科分类:
成形制造
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
申俊琦
中文摘要
镁合金材料作为最轻金属结构材料,在汽车、航天、电子、轨道交通等领域的需求及应用日益增大。电弧增材制造使得制备高性能复杂结构镁合金零件成为可能。针对镁合金的电弧增材制造,提出了一种冷金属过渡(CMT)摆动电弧熔敷增材与搅拌摩擦处理(FSP)复合制造成形的方法。拟采用CMT技术进行镁合金的电弧熔敷增材,通过加入电弧摆动,以改善成形情况并细化熔敷成形层组织;重点研究CMT参数以及电弧摆动模式与参数对镁合金熔敷过程电弧形态、熔滴过渡行为及宏观成形的影响规律,阐明镁合金CMT摆动电弧熔敷成形机理。通过引入FSP以改善熔敷成形层的微观组织和性能,重点研究熔敷成形层非平整条件下的FSP对熔覆成形层微观组织及性能的影响规律及微观组织演化机理,以及FSP对气孔、裂纹等缺陷的消除机理。提出镁合金CMT+FSP复合制造成形与性能的控制方法与策略,实现镁合金构件的高质量增材制造。
英文摘要
Magnesium alloy, as the lightest structural metallic materials, has been widely applied in the automotive, aerospace, electronics, and transportation, and its demand in these fields has increased remarkably. The development of wire and arc additive manufacturing (WAAM) technique allows for the production of high-performance magnesium alloy parts with complex structures. Aiming at the WAAM of magnesium alloy, a hybrid forming method of cold metal transfer (CMT) weaving arc deposition and friction stir processing (FSP) is proposed. Arc weaving is introduced during magnesium alloy deposition by CMT technique to improve the forming and refine the grains of deposited layer. The focus of this part is to clarify the effects of CMT parameters, and weaving pattern and parameters on the arc characteristics and metal transfer behavior during deposition process and appearance of the desposited layer. Then,the forming mechanism of CMT weaving arc deposition will be revealed. To improve the microstructure and performance of the deposited layer, FSP is introduced after deposition process. The effect of FSP on the microstructure and performance of the deposited layer will be studied. And the microstructural evolution of the deposited layer and elimination mechanism of defects (such as pores and cracks) in the deposited layer will be clarified. Control strategies and methods for forming and properties of magnesium alloy by arc weaving CMT + FSP hybrid manufacturing will be proposed to realize high-quality additive manufacturing of magnesium alloy.
镁合金作为一种轻质工程金属材料,具有密度小、比强度高、导热性好、电子屏蔽性好和生物相容性好等优点,在汽车、交通运输、生物医疗、航空航天和国防等领域具有重要的应用价值和广泛的应用前景。电弧增材制造技术为高性能复杂结构镁合金零件的制造提供了一条新途径。本项目针对镁合金的电弧增材制造(WAAM),提出了一种冷金属过渡(CMT)摆动电弧熔敷增材与搅拌摩擦处理(FSP)复合制造成形的方法。通过研究分析摆动电弧熔敷沉积过程中电参数波形特征,电弧摆动对熔滴受力及熔滴过渡行为影响规律,摆动电弧沉积过程流场、温度场与应力场变化规律,电弧摆动热作用对单壁墙试样成形、微观组织和力学性能的影响规律及作用机理,搅拌摩擦处理工艺对熔敷层微观组织的影响规律与作用机理,以及搅拌摩擦处理所带来的熔敷层微观组织改变对其性能的影响规律,阐明了镁合金CMT摆动电弧熔敷成形机理以及FSP对熔敷层微观组织与性能的影响规律与微观组织演化机理。研究结果表明,在镁合金CMT短路阶段引入短路脉冲,可以促进熔滴过渡中缩颈的形成,从而实现无飞溅的短路过渡过程,并改善熔敷层表面均匀性;沉积过程中引入电弧摆动会改变电弧形态,从而影响熔滴受力情况;引入电弧摆动后,电弧对熔池的搅拌作用更强,从而有助于改善熔敷层的微观组织与力学性能;对熔敷层进行搅拌摩擦处理后,熔敷层中的气孔、未熔合等缺陷得到显著消除,同时熔敷层的晶粒显著细化和均匀化;由于FSP产生的缺陷消除、晶粒细化和组织均匀化作用,镁合金CMT熔敷层的力学性能和耐腐蚀性能得到显著提升。本项目研究成果不仅可以进一步丰富CMT-WAAM和FSP技术的应用领域,为镁合金WAAM的生产应用提供理论研究基础,还对完善镁合金电弧增材制造理论体系,以及电弧增材制造+搅拌摩擦处理复合成形技术的机理研究具有重要的理论意义和实际价值。
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