轍叉用貝氏體鋼電弧增材制造工藝研究.pdf

1、電弧增材制造具有高效率、低成本、市場(chǎng)響應(yīng)迅速的優(yōu)勢(shì)，適用于大眾化普及，但其成形形貌與組織性能問(wèn)題仍凾待進(jìn)一步研究。本文以轍叉用貝氏體鋼電弧增材制造為研究對(duì)象，深入的分析了貝氏體鋼自由熔積工藝特點(diǎn)及熱處理對(duì)其組織性能的影響，并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究了微軋復(fù)合成形工藝細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)理，為電弧增材制造工程化應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。
　　針對(duì)電弧增材制造中的表面形貌問(wèn)題，創(chuàng)新性從熱、電、形貌系數(shù)三方面對(duì)單層單道焊縫形貌進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并基于響應(yīng)曲面法建立

2、了轍叉用貝氏體鋼自由熔積工藝參量與電弧電壓、焊接電流、熱輸入、寬高比的響應(yīng)曲面回歸模型。在此基礎(chǔ)上，采用多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)合起弧端加速與層間溫度控制策略，優(yōu)選出了最佳自由熔積工藝。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，采用此工藝能夠得到令人滿意的多層多道表面成形質(zhì)量，加工余量小于1.5mm。
　　為改善自由熔積強(qiáng)韌性，進(jìn)一步研究了等溫淬火及回火熱處理對(duì)自由熔積組織及性能的影響。結(jié)果表明：隨著等溫淬火溫度的升高，微觀組織呈現(xiàn)下貝氏體向粒狀貝氏體及無(wú)碳化物貝氏體轉(zhuǎn)

3、變，M含量減少，抗拉強(qiáng)度、延伸率、沖擊韌性總體呈下降趨勢(shì)，而M/A島起到的彌散強(qiáng)化作用使得370℃時(shí)出現(xiàn)抗拉強(qiáng)度突然上升。隨著等溫時(shí)間的增加，貝氏體與殘余A含量增加，M含量減少，延伸率與沖擊韌性逐漸上升，抗拉強(qiáng)度降低；隨著轉(zhuǎn)變時(shí)間進(jìn)一步增加，貝氏體大量形核且間距不斷縮小，同時(shí)不斷分割A(yù)晶粒，從而細(xì)化A的有效晶粒度，抗拉強(qiáng)度、延伸率與沖擊韌性均逐漸上升。隨著回火溫度的升高，碳原子表現(xiàn)出偏聚、析出及聚集長(zhǎng)大的規(guī)律；當(dāng)回火溫度為280℃時(shí)，貝

4、氏體鋼表現(xiàn)出很好的回火穩(wěn)定性；350℃回火時(shí)，穩(wěn)定碳化物析出及韌性相減少導(dǎo)致強(qiáng)韌性均下降；420℃回火時(shí)，脆性相碳化物聚集長(zhǎng)大及可能出現(xiàn)的雜質(zhì)元素偏聚使晶界弱化導(dǎo)致力學(xué)性能均降低，尤其沖擊韌性急劇下降，出現(xiàn)回火脆性。
　　采用前述優(yōu)選自由熔積成形與后熱處理工藝，結(jié)合特征分析及軌跡規(guī)劃，完成了轍叉心軌整套成形工藝的制定，并成功制備表面形貌與性能良好的實(shí)物。
　　為消除自由熔積性能上的各向異性，引入了隨焊微軋復(fù)合成形的方法。結(jié)果

5、表明，微軋復(fù)合未熱處理?xiàng)l件下三向抗拉強(qiáng)度分別為1275MPa、1256MPa、1309MPa，表現(xiàn)出良好的各向同性；延伸率分別為17.4％、16.6%、17.7%，表現(xiàn)出良好的塑性；X向沖擊韌性達(dá)到99J/cm2，為自由熔積退火態(tài)3倍以上，表現(xiàn)出良好的韌性。依據(jù)GBT6394-2002金屬平均晶粒度測(cè)定法測(cè)得本工藝條件下平均晶粒度為11~12級(jí)。
　　本文所用微軋復(fù)合成形方法具有變革性的成本優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)鹘y(tǒng)軋鋼所需的重型設(shè)備微縮于