摘要
电弧增材制造(Wire and Arc Additive Manufacture,WAAM)是将电弧作为热源，按照特定路径逐层地堆积，得到所需要的三维零部件的技术。该技术具有成型效率高、设备成本较低、成型件尺寸不受限制等特点，特别适合大型金属零件的制造。马氏体耐热钢由于具有高导热性，良好的抗应力腐蚀和抗氧化性能，以及良好的高温性能，被广泛应用于火电和核电厂的高温部件。本文采用电弧增材制造技术，系统地研究了电弧增材制造马氏体钢的成型质量、显微组织以及力学性能。 本文首先研究了电弧增材制造马氏体耐热钢的成型工艺。结果表明：合适的工艺参数是送丝速度5.0m/min，焊接速度6.5mm/s，收弧电流时间0.8s，保护气的气流量为20-25L/min。 其次，采用利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等分析测试技术研究了不同位置处的电弧增材金属墙的显微组织以及力学性能。实验结果表明：沉积金属墙表面的飞溅较少。在沉积直壁墙的表面发现了氧化层。晶粒趋于沿着沉积方向表现为典型的外延生长。与金属墙的中间相比，靠近基板处的晶粒尺寸更小。在沉积金属墙的顶部区域，得到了等轴状板条。通过XRD检测技术，测得金属墙中存在α-Fe，未检测到其他相的衍射峰。沉积金属墙的硬度变化范围为404HV-432HV。靠近基板处的平均硬度值高于试样中部和顶部区域的硬度值。直壁金属墙室温下的抗拉强度约为1270MPa，屈服强度为990-1002MPa，拉伸试样的延伸率均小于15%。样品在不同位置处的拉伸性能表现出一定的各向异性。直壁金属墙水平方向的冲击韧性值小于垂直方向的韧性值，冲击断面生成了第二相颗粒。 最后，研究了热处理对电弧增材制造马氏体钢组织和力学性能的影响。结果表明：在正火+回火后，板条马氏体发生分解，析出了大量的沉淀物。金属墙的EDS和XRD测试结果表明了M23C6，MX以及Cr7C3的存在。在正火+回火热处理后，试样的硬度值降低了36-48.5%。试样的强度降低了37.4-48.6%。然而，试样的延伸率都增加了38%以上。沉积态的试样冲击韧性仅相当于热处理后试样冲击韧性的14.3-18.6%，冲击韧性随回火温度的升高趋于增加。同时热处理实验也证实了正火+回火热处理下冲击韧性值增加量大于仅进行回火热处理的冲击韧性值。
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