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al-mg铝合金双脉冲电弧增材制造技术及工艺研究

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Al-Mg铝合金双脉冲电弧增材制造技术及工艺研究

作者：何磊南京理工大学

学位级别：硕士

双脉冲电弧增材制造以双脉冲电弧为热源、丝材为增添材料,快速直接成型致密性、力学性能较好的金属材料复杂几何构件,可极大提高材料的利用率、缩短产品的生产周期、降低生产成本,大幅提高生产效率和制造技术的核心竞争力。本课题基于... 详细信息

双脉冲电弧增材制造以双脉冲电弧为热源、丝材为增添材料,快速直接成型致密性、力学性能较好的金属材料复杂几何构件,可极大提高材料的利用率、缩短产品的生产周期、降低生产成本,大幅提高生产效率和制造技术的核心竞争力。本课题基于机器人双脉冲电弧增材制造工艺技术,以增材制造过程及工艺为研究对象,对al-mg高强铝合金成型制造构件的外观形貌、关键尺寸、气孔、显微组织、机械性能开展分析研究。首先就多层单道构件进行工艺试验研究,探究低频频率和电弧特性参数对多层单道直壁体组织及性能的影响及其规律。当仅改变低频频率时,发现双脉冲电弧消除气孔效果较直流脉冲电弧好,除根部气孔外直壁体上端气孔率低。多层单道截面组织主体由等轴晶组成,基体为α-al,晶界处密集分布中间相alo.56mg0.44,分布形态呈网状结构。随着低频频率从1Hz提高到9Hz,晶粒尺寸和延伸率先减小后增大,显微硬度和抗拉强度先增大后减小,3Hz时取极值。水平拉伸试样比垂直试样的抗拉强度平均高了 8.4MPa,同时,延伸率高了约5%。随电弧特性参数的增大,电流电压波形从矩形转变为梯形再转变为三角形,且脉冲电流变化速率di/dt逐渐降低。随着脉冲电流变化速率di/dt从高到低变化,多层单道直壁体侧表面粗糙度降低,同时上表面的鱼鳞纹越来越浅。平均晶粒尺寸和实际热输入趋势呈W型变化趋势,平均显微硬度和抗拉强度呈现的M型变化趋势,而垂直拉伸件的延伸率呈持续递增趋势。进一步建立简易多层多道构件算法模型,优化改进最优焊道间距的算法,并对其进行实体成型检验,实验结果和理论结果吻合度较高。同时对不同焊道间距的堆敷构件内部气孔作分析比较,发现气孔分布位置主要位于道间和层间的交界,以及焊道底部的中央位置,且当焊道间距为最优距离时,气孔相对最少。最后采用双脉冲电弧增材制造的方法,建立三维几何模型,并进行路径规划和优化轨迹,在线设计编写机器人程序并采用相对最佳的堆敷工艺参数自动堆敷实体构件,最后检测成型尺寸,发现外壁的倾斜角度与理论值相比误差率仅为1.7%,外倒锥体壁厚的离散系数为2.288%,内十字筋壁厚的离散程度为1.898%,两者壁厚均比较均匀,故用此系统通过参数优化和路径规划可堆敷得到预期设计的高强铝合金构件。

关键词：双脉冲电弧增材制造 al-mg铝合金低频频率电弧特性参数气孔组织性能

mg含量对高压扭转al-mg铝合金及其退火后微观结构与硬度的影响

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材料热处理学报 2020年第11期41卷 30-37页

作者：王圣楠刘满平陈健王晓芬薛周磊江苏大学材料科学与工程学院江苏镇江212013

利用X射线衍射仪、透射电镜和硬度测试研究了mg含量对al-mg铝合金高压扭转(HPT)及不同温度退火30 min后的微观结构和硬度的影响。结果表明:随mg含量从0 mass%增加到5.0 mass%,HPT后al-mg铝合金的平均晶粒尺寸明显减少、位错密度明显增加... 详细信息

利用X射线衍射仪、透射电镜和硬度测试研究了mg含量对al-mg铝合金高压扭转(HPT)及不同温度退火30 min后的微观结构和硬度的影响。结果表明:随mg含量从0 mass%增加到5.0 mass%,HPT后al-mg铝合金的平均晶粒尺寸明显减少、位错密度明显增加,相应地硬度则从71 HV0.1明显提高到201 HV0.1。随退火温度从125℃增加到280℃,HPT工业纯铝(CP-al)的平均晶粒尺寸从486 nm增加到1130 nm,硬度从66 HV0.1降低为55 HV0.1,表明CP-al的平均晶粒尺寸和硬度随退火温度的提高呈线性增加和线性下降趋势。当退火温度高于195℃时,具有较高mg含量的HPT al-mg铝合金退火后硬度将大幅度下降。但当退火温度低于195℃时,具有较高mg含量的HPT al-mg铝合金退火后硬度下降的趋势与CP-al类似,表明具有较高mg含量的HPT al-mg铝合金表现出更好的低温热稳定性。基于实验结果,讨论了mg含量对HPT al-mg铝合金强化效果的影响以及高mg含量HPT al-mg铝合金低温热稳定性良好的原因。

关键词： al-mg铝合金高压扭转退火微观结构硬度

3C电子产品用高强度al-mg铝合金薄板热处理工艺研究

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热加工工艺 2019年第2期48卷 199-201,206页

作者：曹宇邓松云朱玉涛李睿赵解扬周文标王华春广西南南铝加工有限公司广西南宁530031

用气垫式连续退火炉研究不同热处理速度对al-mg铝合金的力学性能和组织的影响。结果表明:当中间退火热处理温度为460℃时,2.2 mm厚度卷材、速度38 m/min及1.0 mm厚度卷材、速度50 m/min的al-mg铝合金达到中间退火要求,综合性能最佳。用... 详细信息

用气垫式连续退火炉研究不同热处理速度对al-mg铝合金的力学性能和组织的影响。结果表明:当中间退火热处理温度为460℃时,2.2 mm厚度卷材、速度38 m/min及1.0 mm厚度卷材、速度50 m/min的al-mg铝合金达到中间退火要求,综合性能最佳。用退火炉研究了不同稳定化处理温度对al-mg铝合金的力学性能、组织形貌和第二相分布的影响。结果表明:稳定化处理温度120℃、保温3 h的al-mg铝合金达到H38状态,综合性能最佳。通过该工艺生产的高强度al-mg铝合金板材,通过了客户全过程验证,满足3C产品市场的需求。

关键词： 3C电子产品 al-mg铝合金 H38状态气垫式连续退火炉退火炉

中厚板al-mg铝合金双机器人双面双弧焊接工艺研究

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中厚板Al-Mg铝合金双机器人双面双弧焊接工艺研究

作者：李宇昕南京理工大学

学位级别：硕士

为实现中厚板al-mg铝合金机器人自动化高效焊接,提高焊接质量与焊接效率,本文以15mm厚al-mg铝合金板对接接头为研究对象,确定了以机器人双面双TIG焊接打底,双TIG填丝焊填充的焊接方法,基于机器人双面双弧焊接工作站,实现双机器人协调运... 详细信息

为实现中厚板al-mg铝合金机器人自动化高效焊接,提高焊接质量与焊接效率,本文以15mm厚al-mg铝合金板对接接头为研究对象,确定了以机器人双面双TIG焊接打底,双TIG填丝焊填充的焊接方法,基于机器人双面双弧焊接工作站,实现双机器人协调运动、同步行走、双侧成形的自动化焊接。开展了机器人双面双TIG自熔焊和双面TIG填丝焊接工艺试验,掌握了焊接速度、线能量等工艺参数对焊缝成形和缺陷形成的影响规律。自熔打底焊线能量在9KJ/cm到12.1KJ/cm范围内能够形成良好的焊接接头,焊缝表面宽度随焊接线能量的增加而增大。重点研究了双面T1G填丝焊接过程中,送丝角度和钨丝间距对焊缝成形的影响,试验表明:送丝角度为45°时,钨丝间距的最佳参数为8mm,焊丝熔滴能够被直接送入焊缝熔池,有效减少熔合线气孔的产生。重点对双面双弧焊接和传统TIG焊接进行了对比,从焊后变形量、焊接温度场分布、显微组织和力学性能四个方面进行研究。利用百分表对两种焊接接头的焊后变形量进行测量,从测量结果得出,双面双弧打底焊后最大高度变化量为0.185mm,填丝焊后最大角变形为0.69°,仅为传统TIG焊后变形量的24.1%。基于ANSYS软件为平台,采用高斯函数分布的热源模型,对DSAW和传统TIG焊打底接温度场进行数值模拟,得到了不同时刻焊接温度场分布。研究表明:双面双弧焊接温度场具有温度梯度小、等温线范围大、最高温度高等特点,其厚度方向上的温度场分布十分均匀,可以说明DSAW对于减小角变形具有优势,与试验测量结果吻合。DSAW打底焊焊缝组织以α(al)+β(mgal)为主,晶粒细小均匀;传统TIG焊打底焊缝组织含有白色片状(al、Si)二元脆性相,对接头力学性能有较大影响。DSAW填丝焊焊缝组织与自熔焊组织类似,主要为α(al)+(βal8mg5),但单弧填丝焊缝存在一种破碎状缺陷组织。双弧接头的平均抗拉强度为237MPa,为母材的86.2%,延伸率为母材的81%,均高于单弧焊接接头。探究交流波形正负半波比例对接头气孔率的影响,当正负半波比例在1.09-1.40范围内增加时,相当于一个交流周期内直流正接部分的电流幅值增大,焊接热输入增加,有利于提高气泡上浮速度,促使气泡逸出,降低气孔倾向。

关键词：双面双弧 al-mg铝合金温度场模拟焊接变形双面TIG填丝交流波形

al-4.5wt%mg合金粗大金属化合物的缺陷分析

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热加工工艺 2022年第1期51卷 155-160页

作者：郑许唐建国张航彭斐何克准广西南南铝加工有限公司广西南宁530031 中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083

水浸式相控阵超声纵波技术和接触式超声纵波技术被应用于al-4.5wt%mg铝合金轧制板的无损检测以评估不连续性的缺陷当量尺寸和位置。本文使用光学显微镜、SEM和EDS方法对不连续缺陷进行分析。在考虑mg元素成分含量影响的条件下,使用CalP... 详细信息

水浸式相控阵超声纵波技术和接触式超声纵波技术被应用于al-4.5wt%mg铝合金轧制板的无损检测以评估不连续性的缺陷当量尺寸和位置。本文使用光学显微镜、SEM和EDS方法对不连续缺陷进行分析。在考虑mg元素成分含量影响的条件下,使用CalPHAD技术研究化学成分对合金的影响,并通过金相统计方法验证了使用水浸式相控阵超声波C扫描数据推测出来的al_(7)(Cr,Mn,Ti)相比例。结果表明:粗大金属化合物主要由al_(7)Cr相组成,其中固溶Mn、Fe、Ti元素;粗大金属化合物的驱动力在特定的化学成分范围内显著提高,而且存在相对安全的化学成分区域。

关键词：粗大金属化合物 al-mg铝合金缺陷分析

Sn含量对车用粉末注射成形al-mg合金组织和力学性能的影响

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粉末冶金工业 2021年第3期31卷 50-54页

作者：门殿勇李明刚内江职业技术学院智能制造与汽车学院四川内江641000 四川大学机械工程学院四川成都610065

采用粉末注射成形制备了车轻量化用al-mg合金,并研究了Sn含量及固溶处理对其微观组织和力学性能的影响。结果表明:在600~620℃烧结的al-mg合金致密度高于98%。随着Sn含量增加,al-mg合金致密度单调增加,Sn含量大于1%后增加不明显,此时晶... 详细信息

采用粉末注射成形制备了车轻量化用al-mg合金,并研究了Sn含量及固溶处理对其微观组织和力学性能的影响。结果表明:在600~620℃烧结的al-mg合金致密度高于98%。随着Sn含量增加,al-mg合金致密度单调增加,Sn含量大于1%后增加不明显,此时晶界区域形成了更多的白色颗粒物,主要为Sn的聚集。Sn元素在固溶处理过程可以发挥较大的力学强化效果,al-mg合金进行固溶处理可以明显提升拉伸强度。固溶态合金拉伸强度随Sn加入量的增大先增大再减小,当加入1%的Sn时,拉伸强度最大。固溶组织内形成了孔隙结构,出现斑点现象,随着Sn含量的增加斑点数量减少。当Sn加入量为1%时,可以获得更高力学强度,但Sn比例过高会引起铝合金力学强度的减小。

关键词： al-mg铝合金注射成形 Sn元素微观组织力学性能