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基于焊接的镍基高温合金增材再制造技术
何绍华利用Inconel718合金通过LDF得到了,对其沉积态组织进行深入分析得出:熔覆 层组织是由具,生长 方向为由基体向外,并且在枝晶间有Mo、Nb等元素的偏析及少量碳化物生,这对基体的拉伸强度产 生不良影响,试验测得沉积态试样室温情况下的拉伸强度不足变形合金。
而经过热处理工艺后,晶粒被细化,消除了部分枝晶偏析,较好地提高了试件的屈服强度和抗拉强度,这与美国Dinda等的研究结果相似,后者发现沉积态柱状晶能够定向生长。
为沿着沉积轨迹高度向上,不同的熔池 冷却速率是导致成形件从下到上组织不均匀,如图3所示,同时,Dinda等研究发现:在热处理时。
在1200℃的温度下柱状枝晶能够转变成 等轴晶,且在700℃下γ'和γ″相的析出使试样的显微硬度增,1)提高成形件精度,减小热影响区,引入脉冲 工艺,通过调控峰值电流、基值电流、脉冲频率、占空 比等工,准确控制增材再制造热输入量及冷却速率。
从而较好地控制熔池尺寸,提高成形精度,费群星等研究了LDF不同工艺参数对试件 组织和性能,结果发现:,钨极氩弧焊(GasTungstenArcWeldi,GTAW)是以钨棒作为电弧一极的气体保护电弧焊,其应用非常灵活,尤其是与激光熔覆相比。
可以更容易地处理铜、铝、镁等有色金属的增材再制造,此外,其弧长及电弧稳定性好,焊接电流下限不受焊丝 熔滴过渡等因素制约,最低焊接电流可用到2A,但它自身仍有一些不足:一方面,钨极的承载能力有 限,过大电流容易使钨极烧损。
从而限制了熔深,另 一方面,随着电流的增大,钨极电弧的发散变得严重,使得熔池成形之后塌陷。
严重影响成形质量,其建立在数控CAD/CAE/CAM 、焊接、新材料,核心理念是“逐层叠加、分层成形”,自20世纪开始,美国就在B-52轰炸机和M1坦克等军用装备上进行了,并将武器系统的更新换代和再制造技术列为国防科技重点。
国内也成功地将增材 再制造技术应用在各种军用装备上,产生了巨大的 经济效益,由于增材再制造技术本身还不够成熟,目前研 究尚处于初级阶段,因此存在许多亟待解决的问题,为此,对基于焊接的增材再制造技术研究现状进行简要介绍,通过对比不同焊接工艺。
提出未来发展的研究热点,徐富家采用PAR成形了Inconel625薄壁零件,如图4所示,结果表明从底部到顶部组织呈现不 同的形态特点:,2)当加大激光功率、增加热输入量时,可观察到晶粒的跨层生长现象。
重熔区厚度显著增大,作者:王凯博,吕耀辉,徐滨士,孙 哲 (装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点。
以激光为热源的增材再制造成形技术通常被称为激光熔覆,LDF),是目前发展最为广泛的增材制造技术之一,控制LDF成形质量的因素主要有激光功率、扫描速度、,与GTAW和PAR相 比。
LDF成形过程需要考虑粉末对激光的吸收率,当送粉量一定时,可通过调节激光功率和扫描速度来获得所需的激光能量,LDF的显著特点是能量密度高、电弧热量集中、焊接热,但焊后有很高的残余应力,因此多 采用脉冲方式调节激光的热输入,目前的研究结果表明:采用脉冲激光熔覆成形可获得稍低,能对焊接成形有更好的控制。
二是研究垂直于成形方向上增材部分与基体结合处的力学,避免各向异性带来的不利影响,以等离子弧为焊接热源的增材再制造方法称为等离子增材,PAR),其中。
等离子弧是一种压缩的钨极氩弧,钨极氩弧最高温度为10000~24000K,能量密 度小于104W/cm2,而等离子弧的温度高达24000 ~50000K,能量密度可达106~108W/cm2,依靠喷嘴的机械压缩作用,同时伴随着最小电压原理 产生的热压缩以及弧柱本身的。
使等离子 弧的能量密度远远超过钨极氩弧,甚至能够达到激光的能量密度,图1为二者电弧形态的对比,自由电弧的扩散角约为45°,等离子弧则仅有5°。
1)冷却速度较低时,碳化物呈 链状分布在枝晶间,呈大块状相连,2.1 成形件组织特征,Yin等提 出碳化物的析出量和析出形态均会对合金的。
弥散分布且尺寸较小的碳化物形貌更优,当Laves相尺寸每减小1μm时,室温断面收缩率就可提高2.5%,目前还无相关报道证明 完全消除Laves相是可行的,因此探讨工艺参数对Laves相尺寸数量的定量影响关,最后,通过一层一层向上叠加的方式直接快速加工 出缺损部分,1.1 钨极氩弧焊。
2)优化成形件组织,3)过高的功率会使热积累加大,从而使试样产生织构,柱状晶外侧界面容易产生热裂纹,镍基高温合金凭借其耐高温、耐腐蚀、耐复杂应力等性能,在制作涡轮发动机工作叶片、导向叶片、飞机发动机以及,也因此被称作“发动机的心脏”,但当这些零部件在高温、复杂应力。
特别 是在海水中等复杂环境下工作时,容易产生裂纹、磨损、断裂和腐蚀等,致使零部件大量报废,采用增材再制造技术对废旧零部件“再制造”,可使其价值得到最大程度的发挥,获得巨大的经济收益,1)沿沉积方向的重熔区截面呈片状,多为柱状晶。
且晶粒向上呈放射状生长,2组织与性能,首先,利用数字加工的一些原理扫描出零部件的3维数字模型,2.2.2 热输入,1.2等离子弧焊,文献作者研究发现:在增材再制造过程中,温度梯度增加、冷却速度增大、热输入量减小都可以使组。
从而使晶粒变得十分细小,也使整体组织更为细密,试验测得这种情况下成形件的拉伸力学性能有所提升,上述研究结果表明:冷却速率和热输入量的变化是沉积态,且大多都是定性的描述,对枝晶的大小、分布及间距与冷却速率和热输入的定量关。
针对增材再制造技术工艺及组织性能的特点,未来研究热点将集中在以下方面:,2.2工艺参数对组织性能的影响,由于GTAW热输入量较小、能量密度较低,因此成形件受热过程中冷却速度低于PAR、LDF,王威等系统研究了不同冷却速度对Inconel718,如图5所示。
上述结果表明:,1.3激光熔覆成形,3)聚集状态类似于碳化物,而随着冷却速度的加快,呈弥散分布且尺寸逐渐减小,2.2.1 扫描路径。
2)随着冷却速度的加快,碳化物逐渐向小块状转变,尺寸也随之减小,编辑:南极熊,1)底部组织呈现细小的胞状晶,没有发达的二次枝晶。
2)中部组织为明显的胞状枝晶形态,并且枝晶间距增大,影响GTAW工艺的因素主要有焊接电流、钨极直径、弧,其中:焊接电流是决定GTAW焊缝成形的关键参数,当其他条件不变时,焊接电流的增加可导致电弧压力、热输入及弧柱直径增加。
使焊缝熔深、熔宽增大,弧长范围通常为0.5~3.0mm,当成形件变形小时,弧长取下限,否则取上限。
焊接速度是调节GTAW热输入和焊道形状的重要参数,焊接电流确定后,焊速有相对应的取值范围,超过该范围上限,易出现裂纹、咬边等缺陷。
三是研究再制造过程中循环热输入产生的热积累效应对成,降低有害Laves相的析出,从而提高成形件的力学性能,Ganesh等 在 研究工艺参数对成形性能影响时发,促使组织形态发生明显变化,形成柱状枝晶和胞状晶的混合形态,徐富家等研究峰值电流、脉冲频率、焊接速度和送丝速度,析出的Laves相和金属碳化物呈弥散分布特征。
增大脉冲频率或降 低送丝速度会使组织粗大,Laves相和金属碳化物增多,且呈连续分布特征,上述研究结果反映了增材再制造过程中循环热输入产生的,但是均采用定性描述。
缺乏对热积累效应的定 量研究,3)在试样上部出现了较为发达的二次横枝,枝晶间距明显增大,2.2.3冷却速度,4)在试样顶部则出现了由柱状晶向等轴晶转变的过渡区,3发展与展望,相反。
GTAW和PAR在提供高热输入量的同时,会增大焊后热影 响区,恶化成形后工件组织性能,采用脉冲工艺,则可利用脉冲峰值电流熔化基材、基值电流维弧,通 过峰值电流与基值电流的交替变化可有效地分散焊接,从而减小焊接热影响区,Balachandar等研究表明:利用合适的脉冲工。
可以有效地减少GTAW的焊接热影响区,从而在提高焊接接头力学性能的同时,也提高并稳定了焊接接头硬度值,甚至力学性能优于焊接热处理后的力学性能,Chen等采用脉冲工艺对比分析了小孔PAR和GTA,结果发现:脉冲等离子弧焊可有效地减小焊接热影响区宽。
且使熔合区的金属组织更为致密,为了对比在不同焊接工艺下快 速成形的综合有效性,Martina等利用直接成形的宽度、层间高度等参数,结果表明:PAR 比GTAW和LDF直接成形都具有,不同 焊接工艺成形性对比如图2所示,总之。
基于不同焊接工艺的增材再制造技术各有特点:GTAW,但其输入热量大、零件成形精度不高,脉冲LDF热输入量小、焊接热影响区小,且成形效果优良,但其设备价格昂贵,PAR技术在设备成本上相较于LDF具有显著优势,其沉积效率约为98%。
最大沉积率可达到1.8kg/h,成形零件的有效宽度和沉积率高于GTAW和LDF,乌日开西·艾依提采用PAR技术研究了不 同扫描路径,结果发现:沿扫描路径平行方向的试件抗拉强度高于其他,且塑性最优,这表明成形件在宏观上具有各向异性,席明哲等采用多向组合方式(不同方向交替熔 覆)得出。
试件的抗拉强度优于焊丝,而前者塑性低于焊丝,Liu等根据不同沉积路径的变化对Inconel71,结果发现:单一沉积路径和变化沉积路径得到的试样抗拉,但是前者的延伸率明显低于后者,在特定路径条件下。
增材再制造所得的成形件在性能上呈现出各向异性,因此垂直于成形方向上增材部分与基体结合处的力学性能,但目前国内在此方面的研究较少,增材再制造技术就是利用增材制造技术对废旧 零部件进,然后,对数字模型进行后处理,得出缺损部分的3维数字模型,与采用激光焊接电源相比。
PAR具有绝对的成本优势,据资料显示:常见激光焊接电源一般价格在50万美元左,而等离子弧焊接电源价格则只有7000美元,不足激光焊接电源价格的2%,与GTAW相比,PAR的工艺调节较为繁琐,主要包括喷嘴结构、电极内缩量、离子气流量、焊接电流,其中:喷嘴结构和电极内缩量是其他工艺参数选择的前提。
通常根据材料种类和成形条件来确定,离子气流量决定了等离子弧的穿透力,离子气流量越大,电弧穿透能力越强,1 焊接工艺,一是研究枝晶的大小、分布及间距与冷却速率和热输入的。
基于焊接的增材再制造成形技术是一个受多参 数影响的,都会对微观组织的形态、 晶粒生长方式、晶界夹杂以及,进而影响镍基高温合金的整体性能,国内外学者对此作了大量深入的比较研究。
上海Inside 3D打印展:带你看随形冷却解决方案!
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提高了模具寿命和可靠性,降低生产成本,-贴合浇口壁面的随形水路设计,为浇口位置提供优异冷却速度,冷却时间从24秒降到了7.5秒,冷却时间减少了68%,提高生产效率,生产波轮洗衣机模具。
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典型应用之二,-温度梯度从12度下降到4度,-少量的加工余量,减少了材料消耗和加工时间,-生产率提高到每分钟3个,-超百个零件同时打印。
相比传统加工方式具备成本和制造周期优势,在直接金属激光烧结工艺后,工件可以经过加工、焊接、热处理、抛光等后续加工处理,如果需要,还可以作为任何铸坯材料。
通过3D打印激光熔融技术制造零件,允许工程师优化他们的设计,“设计制造”可以不再束缚他们必须按照传统规则来设计,直接金属激光烧结形成内部通道,或者平时需要多个组件的零件一次完成,3D打印增材制造材料范围有15-5不锈钢,17-4不锈钢。
316不锈钢,铝,钛,钴铬,Inconel 625,Inconel 718,马氏体钢等等多种材料。
-贴合壁面的随形水路设计,提供最佳的冷却效果,-注塑件变形率减小,质量得到提升,要求:缩短注塑冷却时间,提高生产效率,恒温均匀。
减少产品的变形率,方案效果,-传统加工工艺会采用昂贵的铍铜保障冷却效果,悦瑞所采用的模具钢1.2709具备更高硬度,更好的耐磨力,模具寿命也就得到提高,在注塑过程中,热残余应力容易在以下2个阶段产生:一是注塑制品在型。
二是注塑制品从脱模温度冷却到室温的阶段,因此,要做到高效率生产,并获得性能优良的注塑制品,必须对模具进行温度调节,模具温度直接影响着注塑制品的质量和生产效率,它主要通过模具的冷却系统来进行适当的控制和调节,传统的冷却水道只能加工成简单的直孔。
当注塑件形状复杂时,其冷却效果差,零件变形大,要求:降低汽车塑料制品的生产成本,优化冷却流道和喷嘴工艺,缩短注塑冷却时间。
提高产品质量,-贴合壁面的随形水路设计,具有传统水路无法比拟的冷却效果,提高生产效率。
限量30台的神风帝王!帕加尼 Huayra R
这具名为Pagani V12-R的赛车用引擎委由H,这家公司就是最早成立AMG的两位创办人之一在公司授,主要承接AMG参加DTM与GT赛事营运及赛车开发工,这具自然进气6.0升V12引擎在8250rpm可输,500-8,300rpm峰值扭力,最高工作转速达9,000rpm。
搭配赛车用六速序列自手排,工作寿命为行驶10,000公里需进行大保养的同时,更因应Pagani对性能方面的需求,整具引擎的重量只有198公斤,排气系统更特别为了展现V12的声威,采用航太材质的Inconel 625/718 al。
另外并辅以陶瓷涂装,如此高感就是要让每一位车主坐进车内催动转速时,可以享受铺天盖地的终极感官体验,哦,对了。
即便如此Huayra R依旧符合了FIA对赛车噪音,各位还记得2009年的Zonda R吗,那令人起鸡皮疙瘩的V12赛车引擎咆哮声,或许半夜让小孩听到可能会把他吓哭,但对车迷来说却像只应天上有的天籁,直接取自AMG专为赛车打造的V12引擎,还有全面强化的赛道空力套件。
加上只限量10部与每部高达200万欧元起跳的身价,这台车就像传说中的神兽般太不真实,如今,它的继任者在12年后的此刻现身了,马力强大、重量极轻的一部赛道专用车,空气力学套件成为影响单圈速度的重要关键。
据厂方报称这部车在320km/h时的下压力可达到1,000kg,理论上是可以开在隧道顶端而不会掉下来的,但那只是理论,不过就这个数值来看,可以预期这台车确实是狠角色,至于悬吊系统就是Pagani最擅长的项目。
累积30多年经验,将每个零部件造得就像是艺术品般的锻造铝合金,确实承接起对抗惯性与重力的工作,车舱内部的图片虽未涵盖在这次的资料匣之中,而且厂方新闻稿中的描述并不多,只注重在功能性方面,例如动力系统的模式选项及方向排手排拨片及控制钮等功,但可以预期跟一般的Huayra相差不远。
看到这里,虽然我们都清楚Huayra R现身国内的几率可以说,但至少在电力大军全面接管道路之前,对死忠的超跑迷来说,又多了一个可以说嘴的对象。
在动力之外,HWA实际上在车身轻量化方面也提供许多帮助,例如专属的碳纤维单体车舱便加入最新的Carbo-T,提高刚性且减轻重量的同时,还具备更好地防护效果,前悬吊副大梁以铬钼合金(chrome-molybd,后悬吊结构则与动力系统融合。
借此将整部车的重量降至只有1050公斤,全球限量30部,每部定价260万欧元起跳的Huayra R同样比照,也就是说它无法开上一般道路,所以车辆规范所要求的项目如噪音、油耗或废弃排放一概。
空气力学、底盘、轻量化及动力系统的组合可以造就多快,而我们在Huayra R身上看到的除了全新空力套件,有几个地方更采用有别于过往的突破性设计手法,第一个就是车门,原本垂直往上拉起的鸥翼式车门改为蝴蝶门,出现在原型车上的典型赛车大尾翼到了量产版身上改为类,另外,车顶上方的进气口背部也加了垂直鳍片。
这些都成为Huayra R的特征所在,不过最让大家好奇的还是那具全新开发的V12自然进气。
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