5083铝合金电弧增材复合激光锻造的工艺及力学性能研究

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中文摘要：将增材制造技术应用在海工装备和船舶建造中契合了我国海洋强国、科技强国和制造强国战略行动纲领，是一项占领技术发展战略高地的重要举措。5083铝合金有着良好的抗腐蚀性和优秀的焊接性能，并具有高强度和轻重量的特征，广泛应用于海洋工程装备及高技术船舶制造业中。本文在国家重点研发计划：激光复合增材制造修复与再制造技术与装备（2017YFB1103600），广东省基础与应用基础研究基金海上风电联合基金项目（重点项目）：海上风电装备激光锻造电弧复合增材修复技术研等的支持下，利用电弧增材复合激光锻造的新型复合增材制造技术制造5083铝合金薄壁件，围绕电弧增材复合激光锻造工艺与薄壁件的组织和性能展开研究。首先，以5083铝合金为基板，选取与其性质相同的ER5183铝合金焊丝为增材材料，先后探究电弧增材制造主体工艺中电弧电流、平台进给速度、保护气气流量和激光锻造辅助工艺中激光波长、激光能量、脉冲频率的工艺参数对单道单层增材制造成型形貌的影响，并根据激光锻造前后硬度提升效果选取多层单道薄壁件电弧增材复合激光锻造的工艺参数。其次，开展了1组无激光锻造、3组有激光锻造的薄壁件复合增材制造实验，研究了激光锻造的功率密度对薄壁件沉积层高度、宽度的影响；通过进行金相分析、X射线衍射/能谱分析、孔隙检测等对5083铝合金电弧增材复合激光锻造薄壁件的微观组织、元素分布、孔隙率进行分析。激光锻造促进晶粒动态再结晶并使晶粒细化，等轴晶尺寸更为一致，激光锻造工艺同时可以消除增材制造内部缺陷，减少气孔数量和缩小气孔尺寸，提升致密度，提升沉积层层间搭接效果，提升增材制造的整体质量。最后，针对4组增材制造薄壁件开展了显微硬度和拉伸性能的性能检测。相比无激光锻造，增加了单光束10Hz激光锻造的辅助工艺的性能提升明显：在显微硬度上，从62.22HV提升至75.33HV，提升了21.07%，增加激光锻造后的显微硬度甚至比母材69.3HV的显微硬度要大；在拉伸性能上，横向抗拉强度从194.83MPa提升至203.83MPa，纵向拉伸强度从159MPa提升至180.67MPa，横向和纵向的断后延伸率分别从24.19%提升至28.20%和从11.22%提升至18.82%。

作者：

黎嘉杰

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关键词：

电弧增材激光锻造工艺优化组织与性能微观组织

授予学位：

硕士

学科专业：

机械工程

导师：

张永康、唐雪松

学位年度：

2023

学位授予单位：

广东工业大学

语种：

中文

中图分类号：