通过原位热分析揭示冷金属转移丝电弧增材制造AlCu合金微观结构形成的机理

《Materials Characterization》：Revealing the mechanism of microstructure formation by in-situ thermal analysis in cold metal transfer wire arc additive manufactured AlCu alloy

　　

舒迅金 | 威聪杨 | 天恒白 | 宾宾万 | 文芳李 | 建新孙 | 立娟张

中国东莞工业大学材料科学与工程学院，东莞 523000

摘要

冷金属转移电弧增材制造（CMT-WAAM）技术在制造大型铝合金结构部件方面具有显著优势，包括高沉积速率、无需模具的生产方式以及减少成形缺陷。然而，在CMT-WAAM过程中，铝合金样品会经历快速凝固和热循环的独特热过程，其对这些微观结构的影响机制尚不清楚。本研究以AlCu合金为例，利用高分辨率红外热成像仪和有限元仿真技术对CMT-WAAM过程中的温度场进行了原位表征。研究结果表明，温度梯度与凝固速率的比值从底部到顶部逐渐减小，从而形成了单层CMT-WAAM AlCu合金中的细等轴晶、柱状晶、粗等轴晶和树枝晶混合微观结构。此外，底部区域经历了长时间且频繁的热循环（180–340?°C），促进了θ″/θ'强化相的析出；中部区域的沉淀物数量减少；而顶部区域由于缺乏热循环而未形成强化相。本研究建立了AlCu合金在CMT-WAAM过程中“温度场-凝固行为-微观结构-机械性能”之间的定量关联模型。