一种电弧熔丝增材成形全等轴细晶镁合金构件的方法技术

本发明专利技术公开了一种电弧熔丝增材成形全等轴细晶镁合金构件的方法，本发明专利技术以电弧作为热源，在镁合金基体上形成高温液态熔池，镁合金丝材采用前送丝方式进入熔池，依靠电弧和熔池联合加热熔化，当热源移动后凝固形成固态金属，沿预定轨迹逐步累加增材成形目标零件。本发明专利技术在大气环境下可正常使用，理论上可实现任意形状和尺寸的结构件，通过工艺控制可保证构件内部为均匀的细小等轴晶。相比铸造和压力加工镁合金构件，本发明专利技术具有绿色环保、成品率高、流程简单、加工周期短的优点。流程简单、加工周期短的优点。流程简单、加工周期短的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种电弧熔丝增材成形全等轴细晶镁合金构件的方法


[0001]本专利技术属于镁合金构件成型领域，具体涉及一种电弧熔丝增材成形全等轴细晶镁合金构件的方法。

技术介绍

[0002]镁及其合金具有密度小、比强度高、抗屏蔽效果好等诸多优点，在航空、航天、汽车、电子等领域均有广泛得应用，符合当下轻量化浪潮对材料的要求。按成形工艺特点，镁合金可分为铸造镁合金和变形镁合金，两者在成分、组织性能上存在很大差异。铸造镁合金主要用于汽车零件、机件壳罩和电气构件等；变形镁合金主要用于薄板、挤压件和锻件等。Mg
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AI
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Zn(AZ)系镁合金属于中等强度高塑性镁合金，是目前牌号最多、应用最广的镁合金系，据统计在欧洲有85％以上的Mg
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Al
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Zn系镁合金产品为铸件。镁合金铸件可实现复杂形状结构，但由于镁合金化学性质活泼且热膨胀系数高，在生产中会出现变形、缩孔、裂纹等较难消除的铸造缺陷，造成良品率低、生产成本高，且强度低，一般不能用于承力结构。由于镁密排六方的晶体结构，镁合金本征韧性差，压力加工难度大，难以实现复杂结构的良好成形，且一般存在力学性能各向异性。此外，铸造或压力加工需配合热处理工艺以实现内部组织性能的均匀性，造成了工艺流程的延长和复杂形。
[0003]综合而言，现有成形方法难以高效率、低成本地实现具有复杂结构且性能要求高的镁合金构件，为实现结构轻量化目标，需要提出一种更为有效、成本低、质量高的成形方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述不足，提供一种电弧熔丝增材成形全等轴细晶镁合金构件的方法，能够在大气环境下直接应用，不需要热处理，力学性能即可高于同成分铸件、接近同成分锻件。理论上能够实现任意形状和尺寸的镁合金构件成形，且内部为全等轴晶，显著降低力学性能各向异性，适于高质量复杂结构成形需求，是对现有镁合金构件加工方法的重要补充。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术包括以下步骤：
[0006]S1，将焊枪由执行机构移动至镁合金基板上某一位置作为起点；
[0007]S2，开启焊枪，起弧后得到高温电弧，基板局部在电弧热作用下形成高温液态熔池，同时将镁合金丝材通过送丝机构送入熔池，并依靠电弧和熔池联合加热熔化成液态；
[0008]S3，焊枪内部通有高纯氩气，在熔池上方形成局部保护气氛，防止氧化，焊枪随执行结构按照预设轨迹逐步移动，高温熔池随即开始冷却凝固形成固态金属；
[0009]S4，逐步累加堆叠成形，完成目标零件的近净增材成形。
[0010]S2中，送丝机构采用前送丝方式。
[0011]焊枪的热源类型为交流钨极氩弧焊。
[0012]焊枪的交流频率≥60Hz。
[0013]焊枪的平均电流60～120A。
[0014]焊枪的平均电压13～15V。
[0015]送丝机构中镁合金丝材直径0.8～1.6mm。
[0016]送丝机构放入送丝速度为1.5～3.5m/min。
[0017]焊枪的热源移动速度0.15～0.35m/min。
[0018]堆叠的层厚≤1.2mm。
[0019]与现有技术相比，本专利技术以电弧作为热源，在镁合金基体上形成高温液态熔池，镁合金丝材采用前送丝方式进入熔池，依靠电弧和熔池联合加热熔化，当热源移动后凝固形成固态金属，沿预定轨迹逐步累加增材成形目标零件。本专利技术在大气环境下可正常使用，理论上可实现任意形状和尺寸的结构件，通过工艺控制可保证构件内部为均匀的细小等轴晶。相比铸造和压力加工镁合金构件，本专利技术具有绿色环保、成品率高、流程简单、加工周期短的优点。
附图说明
[0020]图1为实施例的取样位置示意图；
[0021]图2为实施例中电弧熔丝增材成形AZ31镁合金墙体组织分布图；其中，(a)为上部，(b)为中部，(c)为下部；
[0022]图3为实施例中晶粒直径EBSD统计测量结果；其中，(a)为EBSD晶粒形貌图；(b)为晶粒直径统计结果图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图对本专利技术做进一步说明。
[0024]本专利技术包括以下步骤：
[0025]S1，将焊枪由执行机构移动至镁合金基板上某一位置作为起点；
[0026]S2，开启焊枪，起弧后得到高温电弧，基板局部在电弧热作用下形成高温液态熔池，同时将镁合金丝材通过送丝机构采用前送丝的方式送入熔池，并依靠电弧和熔池联合加热熔化成液态；
[0027]S3，焊枪内部通有高纯氩气，在熔池上方形成局部保护气氛，防止氧化，焊枪随执行结构按照预设轨迹逐步移动，高温熔池随即开始冷却凝固形成固态金属；
[0028]S4，逐步累加堆叠成形，完成目标零件的近净增材成形。
[0029]焊枪的热源类型为交流钨极氩弧焊。焊枪的交流频率≥60Hz。焊枪的平均电流60～120A。焊枪的平均电压13～15V。送丝机构中镁合金丝材直径0.8～1.6mm。送丝机构放入送丝速度为1.5～3.5m/min。焊枪的热源移动速度0.15～0.35m/min。堆叠的层厚≤1.2mm。
[0030]实施例：
[0031]基于交流钨极氩弧焊电源，交流频率200Hz，平均电流75Hz，电压13～15V，AZ31镁合金丝材直径1.2mm，送丝速度2.5m/min，移动速度0.25m/min，控制层厚0.6～0.7mm，在同成分AZ31镁合金基板上多层单道累加成形65mm高直臂墙，从墙体上、中、下三个位置切取样品观察其金相组织，如图1和图2所示，横截面和中心纵截面均显示为等轴晶，经电子背散射衍射EBSD统计平均晶粒尺寸为24.7μm。依据GB T 228.1
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2010测试样品力学性能，结果如表
1和图3所示。经分析，打印态AZ31镁合金存在一定量的气孔，气孔的存在相应减小了有效承载面积，导致强度相比同成分锻件(GB/T 26637
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2011和ASTM B91
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17标准)略低，但仍表现出良好的强韧性能，表明了本专利技术技术的有效性。通过严格控制工艺可以显著减少气孔数量和尺寸，性能还将进一步提升。
[0032]表1电弧增材与ASTM标准锻态AZ31镁合金力学性能对比
[0033]
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电弧熔丝增材成形全等轴细晶镁合金构件的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将焊枪由执行机构移动至镁合金基板上某一位置作为起点；S2，开启焊枪，起弧后得到高温电弧，基板局部在电弧热作用下形成高温液态熔池，同时将镁合金丝材通过送丝机构送入熔池，并依靠电弧和熔池联合加热熔化成液态；S3，焊枪内部通有高纯氩气，在熔池上方形成局部保护气氛，防止氧化，焊枪随执行结构按照预设轨迹逐步移动，高温熔池随即开始冷却凝固形成固态金属；S4，逐步累加堆叠成形，完成目标零件的近净增材成形。2.根据权利要求1所述的一种电弧熔丝增材成形全等轴细晶镁合金构件的方法，其特征在于，S2中，送丝机构采用前送丝方式。3.根据权利要求1所述的一种电弧熔丝增材成形全等轴细晶镁合金构件的方法，其特征在于，焊枪的热源类型为交流钨极氩弧焊。4.根据权利要求1所述的一种电弧熔丝增材成形全等轴细晶镁合金构件的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：方学伟，杨健楠，蒋笑，常天行，黄科，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：