CMT電弧增材制造高錳鋁青銅合金研究現(xiàn)狀及展望打開文本圖片集摘要：本文主要針對國內(nèi)外就CMT電弧增材制造高錳鋁青銅的研究現(xiàn)狀為本體對象，試圖理清本研究內(nèi)容的歷史脈絡(luò)，了解CMT電弧增材制造高錳鋁青銅的發(fā)展過程和相關(guān)成果，并分析該研究現(xiàn)狀目前所存在的問題通過本文對該合金制造的研究作回顧性綜述，并了解高錳鋁青銅合金的電弧增材制造方法未來前景與展望。關(guān)鍵詞：高錳鋁青銅;CMT;增材制造;組織性能口0引言近年來，增材制造技術(shù)飛速發(fā)展，市場前景十分廣闊。該技術(shù)能夠?qū)饘?、非金屬材料加工，不僅可以解決復(fù)雜形狀物體的制造，相對傳統(tǒng)的制造工藝而言，無需繁雜的刀具和模具，還能使得物體的生產(chǎn)工序減少，大大縮短了物體的加工時長。高錳鋁青銅材料，具備良好的力學(xué)性能，且在海水中耐腐蝕性能優(yōu)越，造價低廉，其耐熱和耐磨等優(yōu)異性能良好的應(yīng)用于各類軸承、軸套和齒輪等零部件，同時該合金也是制造大型螺旋槳的材料之一。本文綜述了高錳鋁青銅電弧增材制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望。1CMT電弧增材制造高錳鋁青銅的研究歷程1、1國內(nèi)研究現(xiàn)狀及成果國內(nèi)對于電弧增材制造高錳鋁青銅的微觀組織成分的研究主要是針對于合金內(nèi)的元素對合金的抗拉強度、屈服強度及合金的其他性能造成的一些影響，并提出相關(guān)改良性的結(jié)論。杜磊、周浩等利用回歸分析的方法，對影響高錳鋁青銅力學(xué)性能的元素進行了實驗。得知當Al含量為7。8%?8。3%時，相應(yīng)的Mn含量約為13、7%?14、3%合金性能處于最佳狀態(tài)。紀勝如等人經(jīng)過反復(fù)研究高錳鋁青銅中Al與Mn含量的關(guān)系時，得出了（A1+）%當量與性能的相關(guān)性最好的結(jié)論。李雨蔚等人用熔鑄法制備了Cu-12Al-2Ni-3Fe-Mn合金，為了弄清差異化的Mn含量對耐磨鋁青銅的組織及性能的影響，其通過多種設(shè)備對合金進行研究，隨Mn含量的不斷升高，合金的抗拉和屈服強度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，并且還能使鋁青銅合金的磨損量與穩(wěn)定摩擦系數(shù)有效降低。對于在電弧增材制造高錳鋁青銅薄壁試樣的研究方面，陳偉等人采用冷金屬過渡技術(shù)，以氬氣為保護氣，交替往復(fù)的方式增材，后對制造出的高錳鋁青銅薄壁試樣研究分析發(fā)現(xiàn)，其微觀組織主要呈現(xiàn)3個區(qū)域，主要由基材樹枝晶、柱枝晶和轉(zhuǎn)向枝晶相互轉(zhuǎn)化而構(gòu)成，并且在柱枝晶晶界處比晶內(nèi)的Al、Mn、Ni元素更豐富。1、2國外研究現(xiàn)狀及成果而國外增材制造技術(shù)早在上世紀20年代就已經(jīng)出現(xiàn)，相對于國內(nèi)而言起步較早。在1925年，backer等人就利用金屬熔融沉積的方式，打印出金屬裝飾物品，該方式采用的是以電弧為熱源的條件下，而在大零件的制造上，為了使制造出的零件更具有精密性，而另一些科研人員通過研討，以GMAW三維成型技術(shù)，更加精密地制造出相關(guān)零件，利用紅外測溫技術(shù)控制實驗過程中的溫度過高而造成的融塌，這種方法雖然提高了金屬零件的制造精度，但嚴重影響了制造效率，耗費時長。由于零件的形狀復(fù)雜，對制造的操作性增加了一定的難度，為了提高精密度而不影響制造效率，Kazana等人采用機器人CMT方法制造傾斜結(jié)構(gòu)薄壁件，創(chuàng)造性地提出焊槍傾斜方式，實現(xiàn)了任意傾角零件的成形，重點探求了送絲速度與沉積速度對成形傾角的影響。鋁青銅合金中主要元素的影響2、1錳元素的影響2、2鋁含量的影響在鋁青銅中，鋁的含量的適宜程度對合金力學(xué)性能的影響至關(guān)重要，其也是合金中含量占比較大的元素，對合金的強韌性和耐磨性能起到明顯的作用。由銅鋁二元合金相圖可知：隨著鋁含量的增加，合金中的各個相在不同濃度及溫度時發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，使得合金具有不同性質(zhì)的力學(xué)性能，如在含量低于7。4%時，合金塑性高，加工成型性好，含量在9。4%?15、6%,溫度逐漸降低時，出現(xiàn)B—a+Y相的轉(zhuǎn)變等，這在袁慶龍等人的鋁青銅合金的研究進展中已有明確說明。要想使得合金的力學(xué)性能和摩擦性能得到明顯的提升，鋁含量增加到14%?15%的同時，還需要再添加其他一些微量元素來改善。2、3鐵含量的影響眾所周知，鐵元素在合金中也有著明顯作用，張鶴等人做了系統(tǒng)的研究，并認為鐵在鋁青銅中的溶解度為0。5?1wt%。當超過這個含量時，鐵元素就會形成CuFeAl化合物，因此過量的鐵不僅使合金的耐腐蝕性能降低，還會讓合金變脆，不利于合金的制造，所以將合金中鐵含量控制在2%到4%。而周志明等在ZQAI9-4合金合金中添加Fe含量分別為3、23%、3、26%、3、29%和3、90%的研究結(jié)果表明，合金中鐵含量不斷增加時，k相晶粒得到細化，并且合金的抗拉強度明顯增加，而合金的延伸率基本保持不變。電弧增材制造高錳鋁青銅的影響因素利用電弧為熱源制造高錳鋁青銅，效率高，成型快，操作簡單，但鋁青銅試樣往往會出現(xiàn)熔積塌陷、多氣孔、表面不均勻等多種現(xiàn)象，從而在制造過程中，也涉及諸多造成該不良影響的因素。高福洋等人通過研究電弧焊槍焊接的不同姿態(tài)及擺長參數(shù)對合金成型的影響時發(fā)現(xiàn)，當焊槍呈不同焊接姿態(tài)時，所獲得金屬熔融鋪展性和余高也有所不同。除此之外，卜星等人也利用CMT技術(shù)控制了焊絲伸長量、氣體流量等因素，探討了送絲速度和焊接速度對第二層焊縫堆積的影響，結(jié)果表明，在焊接速度和送絲速度為各為7mm、min、8。2mm、min時為最佳,并確定了二次回歸方程檢驗的準確性。并且張廣軍等人研究送絲速度與焊接速度的關(guān)系也發(fā)現(xiàn)，若送絲速度與焊接速度的比大于12、5和小于125時，分別采用圓弧模型和拋物線模型較為合適。結(jié)語目前，鋁青銅合金材料已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到了較大規(guī)模的應(yīng)用，電弧增材制造技術(shù)相對于傳統(tǒng)技術(shù)而言，優(yōu)勢更加突出，但也缺乏一定的穩(wěn)定性和精度性，而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高錳鋁青銅應(yīng)用的航天航空領(lǐng)域?qū)α慵馁|(zhì)量要求和數(shù)量規(guī)模也越來越高。所以，在目前的技術(shù)上，亟待解決的問題除了工藝過程的優(yōu)化，還要嚴格把控零件的質(zhì)量問題，我們需要對高錳鋁青銅的微觀組織元素進行合理的分析，以及適當?shù)貙刻砑优浔?，以達到更加優(yōu)質(zhì)的合金力學(xué)性能，從而適用于航天航空領(lǐng)域的發(fā)展，但就市場上的研究現(xiàn)狀來看，存在的不足之處主要有以下幾點：合金的成型精度不高，力學(xué)性能達不到要求;電弧增材制造技術(shù)設(shè)備自動化水平存在缺陷;還需要后續(xù)精加工制造工藝的協(xié)助;硬件沒有連接智能檢測，避免不了眾多其他因素的影響?！跻虼?，電弧增材制造固然是一種新興的研究領(lǐng)