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、市場響應(yīng)迅速的優(yōu)勢，適用于大眾化普及，但其成形形貌與組織性能問題仍凾待進一步研究。本文以轍叉用貝氏體鋼電弧增材制造為研究對象，深入的分析了貝氏體鋼自由熔積工藝特點及熱處理對其組織性能的影響，并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究了微軋復(fù)合成形工藝細晶強化機理，為電弧增材制造工程化應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。
　　針對電弧增材制造中的表面形貌問題，創(chuàng)新性從熱、電、形貌系數(shù)三方面對單層單道焊縫形貌進行綜合評價，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。驗證實驗表明，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。
　　為改善自由熔積強韌性，進一步研究了等溫淬火及回火熱處理對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碳化物貝氏體轉(zhuǎn)

3、變，M含量減少，抗拉強度、延伸率、沖擊韌性總體呈下降趨勢，而M/A島起到的彌散強化作用使得370℃時出現(xiàn)抗拉強度突然上升。隨著等溫時間的增加，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，抗拉強度降低；隨著轉(zhuǎn)變時間進一步增加，貝氏體大量形核且間距不斷縮小，同時不斷分割A(yù)晶粒，從而細化A的有效晶粒度，抗拉強度、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、析出及聚集長大的規(guī)律；當回火溫度為280℃時，貝

4、氏體鋼表現(xiàn)出很好的回火穩(wěn)定性；350℃回火時，穩(wěn)定碳化物析出及韌性相減少導致強韌性均下降；420℃回火時，脆性相碳化物聚集長大及可能出現(xiàn)的雜質(zhì)元素偏聚使晶界弱化導致力學性能均降低，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)合未熱處理條件下三向抗拉強度分別為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金屬平均晶粒度測定法測得本工藝條件下平均晶粒度為11~12級。
　　本文所用微軋復(fù)合成形方法具有變革性的成本優(yōu)勢，能夠?qū)鹘y(tǒng)軋鋼所需的重型設(shè)備微縮于