Mg-Y-Nd-Zr稀土镁合金结构件的电弧增材制造方法技术

本发明专利技术提供一种Mg

【技术实现步骤摘要】
Mg
‑
Y
‑
Nd
‑
Zr稀土镁合金结构件的电弧增材制造方法


[0001]本专利技术涉及电弧增材制造
，具体而言涉及一种Mg
‑
Y
‑
Nd
‑
Zr稀土镁合金结构件的电弧增材制造方法。

技术介绍

[0002]Mg
‑
Y
‑
Nd
‑
Zr(WE系)稀土镁合金具有耐高温和高强度等特点。在加入稀土元素后，合金高温力学性能及合金高温性能显著提升，广泛应用于航空航天领域，例如新型航空发动机齿轮箱和直升机变速系统，并逐步替代部分结构的中强铝合金。此外稀土镁合金着火点较高，在煤炭矿井、天然气及容易燃烧物质接触的部件中可获得大量应用。
[0003]当前稀土镁合金结构件的主要制造方法为铸造，但对于复杂结构件铸造难度增加，镁合金凝固时收缩量大，在铸件内部会有缩松、缩孔和氧化等缺陷。
[0004]电弧增材制造具有成形工艺灵活、材料利用率高、成本低、堆积体力学性能优良等优点，尤其实用于制造复杂结构件。但由于镁合金导热系数大，散热速度快，在首层电弧增材时，电弧产生的热量会快速通过基板进行传导，并进一步散失在空气中，电弧作用范围内的基板因热量不足而使得形成的液态金属熔池范围小、深度浅，形状不稳定，导致增材首层金属与基板之间的结合不稳定，会导致气孔缺陷，同时后续增材体的应力作用会逐步累积到该结合部位，从而发生开裂，严重时沉积体与基板无法结合。目前最常用的解决方法是对基板进行预热处理，当前电弧增材对基板的预热方法主要是接触式加热、感应式加热、原位加热。
[0005]接触式加热需要使用石棉电热毯与基板、沉积体接触，两者之间产生热传导而进行加热，但此方法的热传导效率低，消耗时间长，耗能大，此外对于沉积体的结构复杂，面积较大，在进行层间加热时，使用接触式加热会需要更多的石棉电热毯，以保证待加热面上能够全部覆盖，意味着石棉电热毯不与沉积体接触面的面积迅速增加，使得更多的热量散失在空气中，造成能量浪费。
[0006]感应式加热方式中，由于镁合金没有铁磁性，相比铁磁性材料，镁合金感应加热效率较低，通常为45％
‑
60％之间，所以感应式加热耗能大，所需时间长。
[0007]原位加热是采用增材电弧，在基板上进行1～2层增材，以此来提高基板温度，其优点是直接使用增材电弧进行加热，无需外加热源，但其缺点明显，原位加热其本质是基板上进行增材，会改变基板表面形状，影响沉积体与基板之间的过渡层，在过渡层会有缺陷产生，同时用于原位加热的1～2层金属会造成浪费，此外原位加热只适用于对基板的加热，不能用来加热沉积体。

技术实现思路

[0008]本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供一种Mg
‑
Y
‑
Nd
‑
Zr稀土镁合金结构件的电弧增材制造方法，以Mg
‑
Y
‑
Nd
‑
Zr稀土镁合金丝材为填充材料，采用双电弧，以TIG电弧在前预热，同时CMT增材电弧在后进行增材的方式进行加工，提高成形构件的力学性能和表面
质量，提高增材效率。
[0009]本专利技术涉及一种Mg
‑
Y
‑
Nd
‑
Zr稀土镁合金结构件的电弧增材制造方法，包括以下步骤：
[0010]以Mg
‑
Y
‑
Nd
‑
Zr为主要合金元素的丝材为原料，采用CMT电弧增材工艺，在按照预设程序在基板上从第一层开始以向上生长的方式逐层打印，直至打印到最后一层，获得打印件；
[0011]其中，在进行每一层的打印时，采用双电弧，以TIG电弧在前对基板或前一层沉积体进行预热，CMT增材电弧在后在预热后的基板或前一层沉积体上进行增材的方式进行加工，从而实现预热、增材同时进行，提高成形构件的力学性能和表面质量；
[0012]采用保温箱将打印件保温转移至热处理炉中，保温一段时间后，进行热处理，得到所需Mg
‑
Y
‑
Nd
‑
Zr稀土镁合金结构件。
[0013]作为可选的实施方式，丝材的成分，按照质量百分比包括：4.8～5.5％ Y、Nd 4.0～4.5％、Zr 0.4～0.5％、Gd≤0.01％、Zn≤0.015％、Fe≤0.015％、Mn≤0.015％，其余为Mg。
[0014]作为可选的实施方式，采用交流TIG焊接电弧进行基板或前一层沉积层的预热，钨极直径为2mm，焊接电流40～80A，焊接速度为500～2000mm/min，基板的预热温度为135～150℃，前一层沉积体的预热温度为120～130℃。
[0015]作为可选的实施方式，所述CMT电弧增材工艺中，干伸长13～16mm，并被设置成根据稀土镁合金工件参数确定电弧增材速度、送丝速度和焊接电流。
[0016]作为可选的实施方式，电弧增材速度为0.02～0.03m/s，丝材送丝速度为5.5～6.0m/min，焊接电流为140～150A。
[0017]作为可选的实施方式，电弧增材过程中，采用氩气和氦气的混气体作为保护气，其中，气体的体积占比为：氩气60～70％，氦气30～40％。
[0018]作为可选的实施方式，保温箱内的温度为90～110℃。
[0019]作为可选的实施方式，打印件进入热处理炉后，在120～150℃的温度下保温10～12h。
[0020]作为可选的实施方式，对保温完成后的打印件进行热处理，包括固溶处理和时效处理。
[0021]作为可选的实施方式，固溶处理为：在520℃～525℃温度下保温6～8h；时效处理为：在240℃～250℃温度下保温16h～20h。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的显著有益效果在于：
[0023]本专利技术的Mg
‑
Y
‑
Nd
‑
Zr稀土镁合金结构件的电弧增材制造方法，以Mg
‑
Y
‑
Nd
‑
Zr稀土镁合金丝材为填充材料，采用双电弧，以TIG电弧在前预热，同时CMT增材电弧在后进行增材的方式进行加工，TIG电弧进行加热时，在基板表面不形成熔池，不会改变基板表面平整度，从而不会影响沉积体与基板之间的过渡层，避免过渡层产生缺陷，且由于TIG电弧选用交流焊接模式，具有阴极清理作用，能够将镁合金表面的氧化膜清理，在增材过程中减少镁合金氧化物的侵入，减少沉积体中缺陷的发生，提高成形构件的力学性能和表面质量。
[0024]本专利技术的Mg
‑
Y
‑
Nd
‑
Zr稀土镁合金结构件的电弧增材制造方法，采用TIG电弧作为热源进行预热，由TIG电弧做往复运动，利用电弧热逐步加热，电弧加热的传热效率高，提高
增材效率，且TI本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Mg
‑
Y
‑
Nd
‑
Zr稀土镁合金结构件的电弧增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：以Mg
‑
Y
‑
Nd
‑
Zr为主要合金元素的丝材为原料，采用CMT电弧增材工艺，在按照预设程序在基板上从第一层开始以向上生长的方式逐层打印，直至打印到最后一层，获得打印件；其中，在进行每一层的打印时，采用双电弧，以TIG电弧在前对基板或前一层沉积体进行预热，CMT增材电弧在后在预热后的基板或前一层沉积体上进行增材的方式进行加工，从而实现预热、增材同时进行，提高成形构件的力学性能和表面质量；采用保温箱将打印件保温转移至热处理炉中，保温一段时间后，进行热处理，得到所需Mg
‑
Y
‑
Nd
‑
Zr稀土镁合金结构件。2.根据权利要求1所述的Mg
‑
Y
‑
Nd
‑
Zr稀土镁合金结构件的电弧增材制造方法，其特征在于，丝材的成分，按照质量百分比包括：4.8～5.5％Y、Nd 4.0～4.5％、Zr 0.4～0.5％、Gd≤0.01％、Zn≤0.015％、Fe≤0.015％、Mn≤0.015％，其余为Mg。3.根据权利要求1所述的Mg
‑
Y
‑
Nd
‑
Zr稀土镁合金结构件的电弧增材制造方法，其特征在于，采用交流TIG焊接电弧进行基板或前一层沉积层的预热，钨极直径为2mm，焊接电流40～80A，焊接速度为500～2000mm/min，基板的预热温度为135～150℃，前一层沉积体的预热温度为120～130℃。4.根据权利要求1所述的Mg
‑
Y
‑
Nd
‑
Zr...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢飞，杨溢，张国瑜，邱晓杰，锁红波，唱丽丽，
申请(专利权)人：南京中科煜宸激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：