铝合金熔滴复合电弧增材组织演化及外延生长特性

作     者：耿汝伟 王林 魏正英 麻宁绪 GENG Ruwei;WANG Lin;WEI Zhengying;MA Ninshu

作者机构：中国矿业大学机电工程学院徐州221116 中国矿业大学材料与物理学院徐州221116 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049 Joining and Welding Research InstituteOsaka UniversityOsaka 567-0047Japan 

出 版 物：《金属学报》 (Acta Metallurgica Sinica)

年 卷 期：2024年第60卷第11期

页      面：1584-1594页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金项目Nos.52205432和52275376 中国博士后基金项目No.2022M723375 江苏省自然科学基金项目No.BK20221118 山东省自然科学基金项目No.ZR2023QE232 

主　　题：增材制造 熔滴复合电弧沉积 组织演变 外延生长 铝合金 

摘      要：金属增材制造可实现铝合金构件高性能一体化成形,其中熔滴复合电弧增材是一种高效、低成本的增材工艺。为了揭示其沉积过程中微观组织生长演变规律,从而优化工艺提升构件力学性能,本工作研究了2319铝合金沉积过程中的温度场分布、微观组织演化以及外延生长特性。首先,通过有限元结合生死单元法计算沉积过程中温度场并提取熔池不同位置的凝固参数,然后代入相场模型实现跨尺度耦合获得熔池不同位置微观组织生长演变过程,发现在熔池底部和中部区域形成柱状晶结构,在中上部出现从柱状晶向等轴晶转变的现象。同时在相场模型中引入取向偏差角,研究凝固过程外延生长特性,结果表明,取向偏差角越大,对枝晶形貌影响越明显,在竞争生长中越容易淘汰。金相分析显示从沉积层底部到上部,微观组织经历了从柱状晶到等轴晶的转变过程,并且柱状晶存在外延生长现象,与模拟结果吻合较好。