CN110076418B - 一种采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法 - Google Patents

一种采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110076418B
CN110076418B CN201910429544.2A CN201910429544A CN110076418B CN 110076418 B CN110076418 B CN 110076418B CN 201910429544 A CN201910429544 A CN 201910429544A CN 110076418 B CN110076418 B CN 110076418B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum
silicon alloy
additive manufacturing
arc additive
electric arc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910429544.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110076418A (zh
Inventor
王立伟
索英超
王倩
梁志敏
汪殿龙
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hebei University of Science and Technology
Original Assignee
Hebei University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hebei University of Science and Technology filed Critical Hebei University of Science and Technology
Priority to CN201910429544.2A priority Critical patent/CN110076418B/zh
Publication of CN110076418A publication Critical patent/CN110076418A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110076418B publication Critical patent/CN110076418B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/235—Preliminary treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明涉及合金优化技术领域，具体公开一种采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法。所述方法包括以下步骤：将Al‑5Ti‑1B中间合金预制成薄片，清洗烘干；在相邻两层的铝硅合金层间放置所述薄片，采用电弧增材制造法进行铝硅合金电弧增材制造，其中每层放置的薄片的质量为对应层铝硅合金质量的1‑5％。本发明提供的采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法，能将粗大的柱状晶转变为细小的等轴晶，起到晶型转变和晶粒细化的作用。

Description

一种采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法
技术领域
本发明涉及合金优化技术领域，尤其涉及一种采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法。
背景技术
电弧增材制造技术是近年来发展起来的一项新兴技术，采用金属丝材作为成形材料，以电弧为热源将材料熔化后沿成形轨迹进行沉淀从而实现零件的堆积成形，电弧增材制造具有设备投资少、沉淀效率高、材料利用率高、设备运行稳定、运行成本低等优点，无需单独制作模具，工艺流程简单，可满足产品快速低成本制造的需求，因此在航空航天、船舶制造、汽车制造等大型复杂构件的成形时具有特别的意义。
铝合金具有密度小、比强度高、耐蚀性和成形性好、成本低等一系列优点，同时还具有良好的成形工艺性和良好的焊接性，在制造领域具有广泛的应用前景。铝硅合金，因为电弧增材制造过程中的温度场变化、熔化和凝固动力学会导致层间形成粗大的柱状晶粒和周期性裂纹等影响力学性能的微观结构。由于来自组织上的缺陷和材料物理化学性能方面的制约，很难利用增材制造直接成形性能合格的铝合金产品，严重制约了铝合金增材制造直接成形产品的应用。因此如何控制铝合金电弧增材制造非理想组织的形成，成为实现电弧增材制造高性能工程铝合金应用的关键。
发明内容
针对现有铝硅合金增材制造层间的晶粒粗大、周期性裂纹的问题，本发明提供一种采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法，至少包括以下步骤：
步骤a、将Al-5Ti-1B中间合金预制成薄片，清洗烘干；
步骤b、在相邻两层的铝硅合金层间放置所述薄片，采用电弧增材制造法进行铝硅合金电弧增材制造，其中每层放置的薄片的质量为其上层铝硅合金质量的1-5％。
相对于现有技术，本发明提供的采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法，具有以下优势：
(1)本方法基于Al-5Ti-B中间合金中的Al3Ti和TiB2第二相颗粒与Al的点阵匹配错配度低，分别小于6％和15％，均是α-Al潜在的形核基底，能够促进α-Al形核率增加，从而消除层间结合处的粗大柱状晶，获得细小等轴晶，实现晶粒细化。
(2)本发明通过在层间添加Al-5Ti-B中间合金方式，促进柱状晶转变为等轴晶，不仅可有效消除电弧增材制造铝硅合金层间结合处粗大柱状晶，还能细化层中心晶粒。
优选地，所述电弧增材制造法的送丝速度为4.2-6.8m/min，焊接速度为5-15mm/s，电流为30-90A，电压为10-15V。
选择焊接速度为5-15mm/s、送丝速度为4.2-6.8m/min时，铝硅合金能得到很好的预热，包括中间合金的金属液能够在铝硅合金层上迅速铺展开，焊缝熔宽适中，成形良好，有利于第2层焊缝的堆积。
优选地，所述送丝速度为4.2-5.0m/min，焊接速度为7-12mm/s，电流为70-80A，电压为11-13V。
优选地，所述送丝速度为4.8m/min，焊接速度为10mm/s，电流为76A，电压为12.5V。
优选地，所述电弧增材制造法在惰性气体的气氛下进行。
在惰性气体的气氛下，能够保证铝不被空气中的氧气氧化。
优选地，所述惰性气体为氩气，且惰性气体流量为15-20L/min。
优选地，所述铝硅合金每层的厚度为0.3-2.5mm。
优选地，所述薄片的长度与所述铝硅合金层的长度相同。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1提供的铝硅合金电弧增材层间组织形貌图；
图2是对比例1提供的铝硅合金电弧增材层间组织形貌图；
图3是本发明实施例1提供的铝硅合金电弧增材层间中心组织形貌图；
图4是对比例1提供的铝硅合金电弧增材层中心组织形貌图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明实施例提供一种采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法，包括以下步骤：
步骤a、采用电火花线切割将Al-5Ti-1B中间合金预制成薄片，采用超声清洗机清洗，无水乙醇中清洗并吹干；
步骤b、在相邻两层的铝硅合金层间放置所述薄片，且所述铝硅合金每层的厚度为2mm，在氩气的保护气氛下，且氩气的气流量为15L/min，采用电弧增材制造法进行铝硅合金电弧增材制造，其中每层放置的薄片的质量为其上层铝硅合金质量的1.14％，薄片的长度与铝硅合金层的长度相同，电弧增材制造法的送丝速度为4.8m/min，焊接速度为10mm/s，电流为76A，电压为12.5V。
实施例2
本发明实施例提供一种采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法，包括以下步骤：
步骤a、采用电火花线切割将Al-5Ti-1B中间合金预制成薄片，采用超声清洗机清洗，无水乙醇中清洗并吹干；
步骤b、在相邻两层的铝硅合金层间放置所述薄片，且所述铝硅合金每层的厚度为0.3mm，在氩气的保护气氛下，且氩气的气流量为18L/min，采用电弧增材制造法进行铝硅合金电弧增材制造，其中每层放置的薄片的质量为其上层铝硅合金质量的3％，薄片的长度与铝硅合金层的长度相同，电弧增材制造法的送丝速度为4.2m/min，焊接速度为5mm/s，电流为50A，电压为10V。
实施例3
本发明实施例提供一种采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法，包括以下步骤：
步骤a、采用电火花线切割将Al-5Ti-1B中间合金预制成薄片，采用超声清洗机清洗，无水乙醇中清洗并吹干；
步骤b、在相邻两层的铝硅合金层间放置所述薄片，且所述铝硅合金每层的厚度为2.5mm，在氩气的保护气氛下，且氩气的气流量为20L/min，采用电弧增材制造法进行铝硅合金电弧增材制造，其中每层放置的薄片的质量为其上层铝硅合金质量的5％，薄片的长度与铝硅合金层的长度相同，电弧增材制造法的送丝速度为6.8m/min，焊接速度为15mm/s，电流为90A，电压为15V。
对比例1
本发明实施例提供一种铝硅合金电弧增材，包括以下步骤：
在氩气的保护气氛下，且氩气的气流量为15L/min，采用电弧增材制造法进行铝硅合金电弧增材制造，电弧增材制造法的送丝速度为4.8m/min，焊接速度为10mm/s，电流为76A，电压为12.5V，所述铝硅合金每层的厚度为2mm。
为了更好的说明本发明实施例提供的铝硅合金电弧增材的特性，下面将实施例1和对比例1制备的铝硅合金电弧增材进行扫描电镜分析。
图1-2分别为实施例1和对比例1铝硅合金电弧增材铝合金层间组织形貌图。从图1中可以看出，实施例1得到的铝硅合金的层间微观形貌分布为细小等轴晶，晶粒最长尺寸为122μm；从图2中可以看出，对比例1得到的铝硅合金的层间微观形貌为粗大柱状晶，晶粒最长尺寸为336μm。
图3-4分别为实施例1和对比例1铝硅合金电弧增材铝合金层中心组织形貌图。从图3中可以看出，实施例1得到的铝硅合金的层中心微观形貌分布为细小等轴晶，晶粒最长尺寸为94μm；从图4中可以看出，对比例1得到的铝硅合金的层中心微观形貌分布为粗大柱状晶，晶粒最长尺寸为150μm。
从图1-4可以明显看出，本发明提供的采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法，能将层间粗大的柱状晶转变为细小的等轴晶，同时对层中心组织起到晶粒细化的作用，提高电弧增材的强度和韧性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法，其特征在于：至少包括以下步骤：
步骤a、将Al-5Ti-1B中间合金预制成薄片，清洗烘干；
步骤b、在相邻两层的铝硅合金层间放置所述薄片，采用电弧增材制造法进行铝硅合金电弧增材制造，其中每层放置的薄片的质量为其上层铝硅合金质量的1-5％；所述薄片的长度与所述铝硅合金层的长度相同；所述电弧增材制造法的送丝速度为4.2-5.0m/min，焊接速度为7-12mm/s，电流为70-80A，电压为11-13V。
2.如权利要求1所述的采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法，其特征在于：所述送丝速度为4.8m/min，焊接速度为10mm/s，电流为76A，电压为12.5V。
3.如权利要求1所述的采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法，其特征在于：所述电弧增材制造法在惰性气体的气氛下进行。
4.如权利要求3所述的采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气，且惰性气体流量为15-20L/min。
5.如权利要求1所述的采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法，其特征在于：所述铝硅合金每层的厚度为0.3-2.5mm。
CN201910429544.2A 2019-05-22 2019-05-22 一种采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法 Active CN110076418B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910429544.2A CN110076418B (zh) 2019-05-22 2019-05-22 一种采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910429544.2A CN110076418B (zh) 2019-05-22 2019-05-22 一种采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110076418A CN110076418A (zh) 2019-08-02
CN110076418B true CN110076418B (zh) 2021-05-18

Family

ID=67421365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910429544.2A Active CN110076418B (zh) 2019-05-22 2019-05-22 一种采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110076418B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112496499A (zh) * 2019-09-16 2021-03-16 天津大学 一种添加Si粉末改善钛合金电弧增材制造显微组织的方法
CN110976868B (zh) * 2019-12-25 2021-11-30 佛山科学技术学院 一种CoCrMo合金枝晶形貌的方法
CN110961630B (zh) * 2019-12-25 2021-11-09 佛山科学技术学院 一种Al-Si系合金枝晶形貌调控的方法
CN110935877B (zh) * 2019-12-25 2021-11-30 佛山科学技术学院 一种Inconel625合金枝晶形貌的方法
CN113909733B (zh) * 2021-10-11 2023-06-09 河北科技大学 一种电弧熔丝增材制造用铝镁合金焊丝及其制备方法
CN115106620B (zh) * 2022-08-09 2023-08-22 湖南大学 一种基于电弧增材制造提高7系铝合金韧性的方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102787260B (zh) * 2012-08-29 2014-05-14 河北工业大学 用于铝合金晶粒细化的超细晶孕育剂的制备方法
CN106944715A (zh) * 2017-04-17 2017-07-14 北京航星机器制造有限公司 一种高效多工位电弧增材制造铝合金结构件的方法
CN107470619A (zh) * 2017-07-12 2017-12-15 北京煜鼎增材制造研究院有限公司 一种金属零件的增材制造方法
CN108500266B (zh) * 2018-04-19 2020-01-07 河北科技大学 7000系铝合金增材制造方法及系统
CN109014182A (zh) * 2018-10-25 2018-12-18 河北科技大学 增材制造用7000系铝合金粉末及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110076418A (zh) 2019-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110076418B (zh) 一种采用铝硅合金进行电弧增材制造的组织晶粒细化方法
CN107486651B (zh) 一种低温焊料片的制备方法
Muley et al. Nano and hybrid aluminum based metal matrix composites: an overview
Srinivasan et al. A brief review of carbon nanotube reinforced metal matrix composites for aerospace and defense applications
CN110125181B (zh) 累积叠轧工艺制备烯合金的方法及其烯合金
CN103074520A (zh) 一种含Er高铌TiAl金属间化合物材料及其制备方法
CN110512122B (zh) 一种石墨烯复合稀土变质亚共晶Al-Si-Mg铸造合金及其制备方法
JP2008081794A (ja) アルミニウム合金および薄膜系太陽電池基板
Dwivedi et al. Development of dissimilar AA2014 and AA2024 based composite with nano-Si3N4 reinforcement by friction stir process technique
CN112048647A (zh) 一种激光增材制造用Al-Si-Mg-Sc-Zr铝合金粉末
CN111230356B (zh) 一种适用于电弧熔丝增材制造的铝镁合金焊丝
CN114054745B (zh) 一种铝合金粉末及其制备方法和应用、铝合金构件
Fan et al. Effect of interlayer coating La2O3 particles on arc behavior and microstructure of wire arc additive manufacturing Al-Si alloy deposition
CN1546694A (zh) 激光合成制备金属间化合物及其颗粒增强复合材料的方法
CN101050497A (zh) 一种含稀土高温固溶强化耐热钛合金
Zhang et al. Effect of process parameters on mechanical properties of wire and arc additive-manufactured AlCu6Mn
CN111974986A (zh) 一种铝金属复合粉末及利用该粉末制备的激光增材
Li et al. Aluminium grain refinement by Ti (C, N) nanoparticles additions: principles, advantages and drawbacks
CN112267079A (zh) 一种锆基合金粉进行激光增材制造非晶复合材料的方法
CN101597708A (zh) 一种Al-Mg-Nd-Sc铝合金
CN102912203A (zh) 晶粒细化型镁锂合金及其制备方法
CN114952075B (zh) 用于电弧增材制造的高表面张力5xxx系铝合金焊丝及其制备方法
CN107236873B (zh) 一种铝合金细化变质处理的方法
Wang et al. Micro–nano filler metal foil on vacuum brazing of SiC p/Al composites
He et al. Carbide reinforced Ni–Cr–B–Si–C composite coating on 4Cr5MoSiV1 steel by comprehensive plasma melt injection method

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant