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導(dǎo)讀

定量分析了WAAM加工Mg-Al基合金的凝固組織演變，研究了凝固組織與力學(xué)性能的相關(guān)性。其中一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)是，與熔池非平衡凝固條件相關(guān)的基織構(gòu)弱化和組織細(xì)化使WAAM-GTAW處理的AZ31鎂合金具有良好的力學(xué)性能和阻尼能力。該工作為進(jìn)一步定制WAAM加工Mg- Al基合金的組織和性能提供了理論支持，并證明了WAAM工藝是制造集成化結(jié)構(gòu)鎂合金部件的一種有前途的方法。

隨著現(xiàn)代航空航天和軌道交通工業(yè)的快速發(fā)展，迫切需要具有良好力學(xué)性能和阻尼能力的輕量化工程材料，既能實(shí)現(xiàn)減重，又能實(shí)現(xiàn)減振，有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高機(jī)動(dòng)性和高精度。鎂合金作為最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，具有良好的阻尼性能，在實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化和減振方面具有重要的應(yīng)用前景，受到了廣泛關(guān)注。然而，其塑性成形性差，極大地限制了其工程應(yīng)用。因此，亟需通過(guò)新的制造技術(shù)拓寬鎂合金部件的應(yīng)用空間。

近年來(lái)，金屬增材制造已成為制造短工藝、高柔性高性能金屬部件的重要手段，這為高性能鎂合金部件的制造提供了一條新的途徑。其中，電弧增材制造（WAAM）采用線材作為原料，可以有效解決鎂合金加工性和延展性差的問(wèn)題。此外，WAAM工藝成本相對(duì)較低、沉積效率高、成形空間自由，已然成為制造大型鎂合金部件的一種很有前途的方法。在WAAM處理的Mg-Al基合金熔池凝固過(guò)程中，等軸晶主導(dǎo)組織形成的潛在機(jī)制仍有待定量闡明，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)晶粒組織的精確控制具有重要意義。然而，對(duì)于WAAM加工鎂合金的凝固組織特征、滑移和纏繞模式與力學(xué)性能之間的內(nèi)在關(guān)系，目前還缺乏系統(tǒng)的研究。

基于此，重慶大學(xué)王敬豐教授課題組聯(lián)合西北工業(yè)大學(xué)林鑫教授科研團(tuán)隊(duì)WAAM - GTAW（鎢極氣體保護(hù)焊）加工的AZ31鎂合金為研究對(duì)象，旨在揭示W(wǎng)AAM加工Mg-Al基合金的凝固組織與凝固控制參數(shù)之間的定量關(guān)系，進(jìn)一步系統(tǒng)闡明了凝固組織對(duì)滑移和纏繞方式、力學(xué)性能和阻尼能力的影響。相關(guān)研究成果以題為““Solidification microstructure evolution and its correlations with mechanical properties and damping capacities of Mg-Al-based alloy fabricated using wire and arc additive manufacturing”發(fā)表于期刊《Journal of Materials Science & Technology》。

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對(duì)于經(jīng)WAAM-GTAW處理的AZ31鎂合金，熔池凝固過(guò)程中枝晶生長(zhǎng)方向的改變有效地削弱了基體織構(gòu)?；贙GT和CET分析模型，建立了晶粒形貌與凝固控制參數(shù)之間的定量關(guān)系。結(jié)果表明，在WAAM-GTAW過(guò)程中，成核位點(diǎn)的數(shù)量密度大大增加，促進(jìn)了等軸晶為主的組織形成。

與半連鑄AZ31鎂合金相比，經(jīng)WAAM-GTAW處理的AZ31鎂合金具有良好的力學(xué)性能和阻尼性能，其屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別提高了~ 30%、~ 50%和~ 200%。這主要?dú)w因于其細(xì)小的等軸晶主導(dǎo)結(jié)構(gòu)和較弱的基底織構(gòu)，基底滑移施密德系數(shù)較高，以及WAAM-GTAW處理過(guò)程中熱應(yīng)力造成的位錯(cuò)密度較高。

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