5183鋁合金TIG增材制造數(shù)值模擬及微觀組織分析.pdf

1、Al-Mg系合金屬于防銹鋁合金，其具有密度小、力學(xué)性能好、耐蝕性和焊接性優(yōu)異的特征，廣泛應(yīng)用于航空、船舶、車輛等工業(yè)領(lǐng)域，其傳統(tǒng)的加工制造方式一般為沖壓、鍛造、切削等，存在著成本高、材料浪費(fèi)嚴(yán)重、產(chǎn)品周期時(shí)間長等缺點(diǎn)。逐漸興起的電弧增材制造技術(shù)采用逐層沉積的方式實(shí)現(xiàn)零件的近凈成型。因此本文對5183鋁合金進(jìn)行TIG增材制造，并針對制造過程熱循環(huán)特征、等效應(yīng)力場、成型零件的組織及力學(xué)性能進(jìn)行重點(diǎn)研究。
　　熱循環(huán)是決定組織的最重要因

2、素，本文采用數(shù)值模擬中的有限元分析法對制造過程熱循環(huán)進(jìn)行模擬，首先研究單一薄壁件不同沉積層經(jīng)歷的熱循環(huán)特征，分析重熔和后熱作用的規(guī)律；其次分析熔池中沉積層寬度方向、沉積層高度方向、沉積層方向的溫度梯度大小，發(fā)現(xiàn)沉積層高度方向溫度梯度最大，沉積層方向最小；然后對熔池凝固過程中固-液界面處溫度梯度的變化規(guī)律進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)溫度梯度是逐漸減小的。最后對比成型寬度分別為4mm、7mm和10mm的零件所經(jīng)歷的熱循環(huán)特征及溫度梯度，發(fā)現(xiàn)隨成型寬度增加

3、，沉積層經(jīng)歷重熔次數(shù)增加、溫度梯度減小。
　　薄壁件頂部、中部和底部的組織分別具有不同的特征。頂部主要為細(xì)小的等軸樹枝晶、中部為等軸晶和柱狀晶交替出現(xiàn)、底部為短小柱狀晶。隨成型寬度的增加，在溫度梯度和結(jié)晶速度共同作用下，其組織特征又有所不同。析出相呈彌散點(diǎn)狀分布，主要為Mg2Al3，還有少量的MnAl6和FeAl3相。對性能研究發(fā)現(xiàn)，薄壁件不存在力學(xué)性能的各向異性，拉伸試驗(yàn)結(jié)果顯示，抗拉強(qiáng)度可達(dá)到成份相近的5083鋁合金的86％-

4、94%，延伸率是普通5083鋁合金的1.3-1.8倍。然后對不同成型寬度薄壁件性能進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，抗拉強(qiáng)度和延伸率均無明顯差別。
　　對增材制造過程的等效應(yīng)力場進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)沉積過程中熔池前方是應(yīng)力最大的區(qū)域；沉積層在后續(xù)重熔和后熱的過程中，其處于應(yīng)力產(chǎn)生及釋放的循環(huán)中，但應(yīng)力峰值越來越低，表明后熱過程對應(yīng)力有一定的釋放作用；隨著層數(shù)的增加，沉積層中點(diǎn)的等效應(yīng)力峰值逐漸下降然后趨于穩(wěn)定；最后對三個(gè)成型寬度零件進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，沉積層的等