本發(fā)明涉及金屬材料增材制造，特別是調(diào)控高強(qiáng)鋼性能的電弧熔絲增材制造方法。
背景技術(shù)：
1、高強(qiáng)度低合金（hsla）鋼是一種結(jié)構(gòu)材料，與其他高強(qiáng)鋼相比，hsla鋼因其焊接性、高強(qiáng)度和高韌性的優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于汽車、海洋資源開(kāi)發(fā)工程、工具和模具工業(yè)等領(lǐng)域。在高強(qiáng)鋼增材制造過(guò)程中，搭接區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能往往受到熱循環(huán)、冷卻速率和熱處理工藝等多種因素的影響。熱循環(huán)過(guò)程中，材料會(huì)經(jīng)歷反復(fù)加熱和冷卻，高強(qiáng)鋼的搭接區(qū)因多層疊加會(huì)受到多次熱沖擊，導(dǎo)致相變不均勻和晶粒粗化，從而造成不同方向的力學(xué)性能差異增大。冷卻速率過(guò)快會(huì)抑制搭接區(qū)有益相的析出，可能跳過(guò)中溫轉(zhuǎn)變區(qū)，缺乏韌性相，組織差異引發(fā)局部應(yīng)力集中，從而加速疲勞失效。過(guò)快的冷卻還可能使氣體來(lái)不及逸出，形成氣孔，同時(shí)凝固收縮應(yīng)力易誘發(fā)微裂紋。這些因素導(dǎo)致搭接區(qū)容易出現(xiàn)組織不均勻、力學(xué)性能下降等問(wèn)題，特別是在沉積方向上，延展性往往顯著低于水平方向。傳統(tǒng)的增材制造方法難以有效調(diào)控這些微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，限制了高強(qiáng)鋼增材制造件在高端制造領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)能夠調(diào)控增材制造高強(qiáng)鋼搭接區(qū)微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的電弧熔絲增材制造工藝至關(guān)重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種調(diào)控高強(qiáng)鋼性能的電弧熔絲增材制造方法，可以提高成型件的硬度和強(qiáng)度，同時(shí)保持良好的延展性和韌性。
2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)一種調(diào)控高強(qiáng)鋼性能的電弧熔絲增材制造方法，當(dāng)?shù)谝粚映练e完成后，控制工作臺(tái)下降一定距離；然后控制沉積層兩側(cè)的冷卻型腔相互靠近，使得冷卻型腔的外表面貼緊沉積層的側(cè)面；開(kāi)始下一層沉積；沉積結(jié)束后，控制沉積層兩側(cè)的冷卻型腔相互遠(yuǎn)離，使得冷卻型腔脫離沉積層；然后控制工作臺(tái)繼續(xù)下降一定距離；冷卻型腔內(nèi)通入有熔鹽；
3、重復(fù)上述步驟，已經(jīng)成型的沉積層隨著基板逐漸下降，浸入下方可調(diào)溫容器內(nèi)的熔鹽中，熔鹽的溫度為240℃-350℃，直至整個(gè)成型件沉積完成；
4、沉積結(jié)束后，將整個(gè)成型件浸入熔鹽中1h-2h；取出成型件，空冷至室溫。
5、進(jìn)一步的，可調(diào)溫容器內(nèi)的熔鹽通過(guò)耐高溫循環(huán)泵入所述冷卻型腔內(nèi)，最后通過(guò)冷卻型腔上的出口經(jīng)由出液管排出，重新落在可調(diào)溫容器內(nèi)。
6、進(jìn)一步的，在沉積過(guò)程中，焊槍移動(dòng)速度為200mm/min-500mm/min，焊接電壓為20v-30v，焊接電流為150a-300a；送絲速度5m/min-7m/min，氬氣流速5l/min-7l/min。
7、進(jìn)一步的，當(dāng)前沉積層的下表面與所述可調(diào)溫容器內(nèi)熔鹽的液面之間距離為10mm-20mm。
8、進(jìn)一步的，電弧熔絲增材制造技術(shù)采用的焊接工藝為熔化極惰性氣體保護(hù)焊、鎢極氣體保護(hù)焊或等離子弧焊中的一種。
9、本發(fā)明還公開(kāi)一種電弧熔絲增材制造設(shè)備，包括可升降的工作臺(tái)、用于放置和加熱熔鹽的可調(diào)溫容器、兩側(cè)的冷卻型腔、用于驅(qū)動(dòng)冷卻型腔移動(dòng)的伸縮組件；所述可調(diào)溫容器內(nèi)放置有熔鹽；所述冷卻型腔內(nèi)通入循環(huán)的熔鹽。
10、進(jìn)一步的，還包括耐高溫循環(huán)泵，耐高溫循環(huán)泵的一端通過(guò)管道延伸至所述可調(diào)溫容器內(nèi)放置的熔鹽內(nèi)，另一端通過(guò)耐高溫軟管與所述冷卻型腔連通。
11、進(jìn)一步的，所述耐高溫循環(huán)泵與一側(cè)的所述冷卻型腔連通，另一個(gè)冷卻型腔的一側(cè)連接有出液管；兩個(gè)冷卻型腔之間通過(guò)耐高溫軟管連通；與所述耐高溫循環(huán)泵連接的冷卻型腔連接耐高溫軟管的接口位于下部，另一個(gè)冷卻型腔連接出液管的接口位于上部。
12、進(jìn)一步的，所述伸縮組件包括若干個(gè)外桿和滑動(dòng)安裝在外桿內(nèi)腔中的方形的內(nèi)桿；內(nèi)桿一端與所述冷卻型腔可拆卸連接；其中一組內(nèi)桿的另一端開(kāi)設(shè)有螺紋孔；絲桿的一端與所述內(nèi)桿的螺紋孔連接，另一端貫穿所述可調(diào)溫容器；并通過(guò)制動(dòng)電機(jī)和傳動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)。
13、進(jìn)一步的，若干組所述外桿外部均纏繞有冷卻管；冷卻管中通入冷卻液。
14、進(jìn)一步的，所述可調(diào)溫容器的內(nèi)壁可拆卸安裝有安裝板；所述外桿可拆卸安裝在安裝板上。
15、進(jìn)一步的，所述制動(dòng)電機(jī)安裝在支撐板上，支撐板上安裝有安裝架；所述絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在安裝架和安裝板上。
16、本發(fā)明有益效果：
17、本發(fā)明采用一種改進(jìn)的電弧熔絲增材制造方法，增材制造的同時(shí)進(jìn)行雙側(cè)夾緊冷卻，并進(jìn)行在線鹽浴處理，可以減少上一層熱輸入的影響，促使奧氏體枝晶邊界處的殘余奧氏體轉(zhuǎn)化為精細(xì)的貝氏體，成型件無(wú)裂紋，硬度和強(qiáng)度得到提升，同時(shí)保持良好的延展性和韌性，層間結(jié)合效果好，提高力學(xué)性能的均勻性，縱向樣品表現(xiàn)出更高的強(qiáng)度，橫向樣品表現(xiàn)出更高的伸長(zhǎng)率。
18、本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，易于操作，可以實(shí)現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)的均勻化，提高組織穩(wěn)定性，為電弧熔絲增材制造貝氏體鋼薄壁結(jié)構(gòu)提供了新的思路和方法，可以制造出具有優(yōu)異力學(xué)性能和抗裂紋能力的復(fù)雜成型件，滿足航空航天、汽車制造、能源等高端制造領(lǐng)域?qū)Ω邚?qiáng)鋼增材制造件力學(xué)性能的要求。
1.一種調(diào)控高強(qiáng)鋼性能的電弧熔絲增材制造方法，其特征在于：當(dāng)?shù)谝粚映练e完成后，控制工作臺(tái)下降一定距離；然后控制沉積層兩側(cè)的冷卻型腔相互靠近，使得冷卻型腔的外表面貼緊沉積層的側(cè)面；開(kāi)始下一層沉積；沉積結(jié)束后，控制沉積層兩側(cè)的冷卻型腔相互遠(yuǎn)離，使得冷卻型腔脫離沉積層；然后控制工作臺(tái)繼續(xù)下降一定距離；冷卻型腔內(nèi)通入有熔鹽；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)控高強(qiáng)鋼性能的電弧熔絲增材制造方法，其特征在于：在沉積過(guò)程中，焊槍移動(dòng)速度為200mm/min-500mm/min，焊接電壓為20v-30v，焊接電流為150a-300a；送絲速度為5m/min-7m/min，氬氣流速為5l/min-7l/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)控高強(qiáng)鋼性能的電弧熔絲增材制造方法，其特征在于：當(dāng)前沉積層的下表面與所述可調(diào)溫容器內(nèi)熔鹽的液面之間距離為10mm-20mm。
4.一種實(shí)現(xiàn)上述權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的調(diào)控高強(qiáng)鋼性能的電弧熔絲增材制造方法的電弧熔絲增材制造設(shè)備，其特征在于：包括可升降的工作臺(tái)（2）、用于放置和加熱熔鹽（10）的可調(diào)溫容器（1）、兩側(cè)的冷卻型腔（5）、用于驅(qū)動(dòng)冷卻型腔（5）移動(dòng)的伸縮組件（6）；所述可調(diào)溫容器（1）內(nèi)放置有熔鹽；所述冷卻型腔（5）內(nèi)通入循環(huán)的熔鹽（10）。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電弧熔絲增材制造設(shè)備，其特征在于：還包括耐高溫循環(huán)泵（7），耐高溫循環(huán)泵（7）的一端通過(guò)管道（11）延伸至所述可調(diào)溫容器（1）內(nèi)放置的熔鹽（10）內(nèi)，另一端通過(guò)耐高溫軟管與所述冷卻型腔（5）連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電弧熔絲增材制造設(shè)備，其特征在于：所述耐高溫循環(huán)泵（7）與一側(cè)的所述冷卻型腔（5）連通，另一個(gè)冷卻型腔（5）的一側(cè)連接有出液管；兩個(gè)冷卻型腔（5）之間通過(guò)耐高溫軟管連通；與所述耐高溫循環(huán)泵（7）連接的冷卻型腔（5）連接耐高溫軟管的接口位于下部，另一個(gè)冷卻型腔（5）連接出液管的接口位于上部。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電弧熔絲增材制造設(shè)備，其特征在于：所述伸縮組件（6）包括若干個(gè)外桿（13）和滑動(dòng)安裝在外桿（13）內(nèi)腔中的方形的內(nèi)桿（14）；內(nèi)桿（14）一端與所述冷卻型腔（5）可拆卸連接；其中一組內(nèi)桿（14）的另一端開(kāi)設(shè)有螺紋孔；絲桿（15）的一端與所述內(nèi)桿（14）的螺紋孔連接，另一端貫穿所述可調(diào)溫容器（1）；并通過(guò)制動(dòng)電機(jī)（17）和傳動(dòng)組件（16）驅(qū)動(dòng)絲桿（15）轉(zhuǎn)動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電弧熔絲增材制造設(shè)備，其特征在于：若干組所述外桿（13）外部均纏繞有冷卻管（20）；冷卻管（20）中通入冷卻液。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電弧熔絲增材制造設(shè)備，其特征在于：所述可調(diào)溫容器（1）的內(nèi)壁可拆卸安裝有安裝板（12）；所述外桿（13）可拆卸安裝在安裝板（12）上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電弧熔絲增材制造設(shè)備，其特征在于：所述制動(dòng)電機(jī)（17）安裝在支撐板（18）上，支撐板（18）上安裝有安裝架（19）；所述絲桿（15）轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在安裝架（19）和安裝板（12）上。