[发明专利]一种添加Cu元素提高铝合金CMT增材沉积零件硬度的方法

说明书

本发明公开一种添加Cu元素提高铝合金CMT增材沉积零件硬度的方法，在铝合金CMT增材制造过程中，加入铜片。在CMT电弧作用下，铜片融化进入熔池中，Cu元素与熔池中铝合金的元素结合，增加了熔池中的结晶核心，熔池凝固后组织得到细化。另外，析出相能进一步阻止晶界推移、钉扎位错运动，引起强烈的弥散强化，材料的硬度得到明显提高。

技术领域

发明属于增材制造技术领域，更加具体地说，涉及利用冷金属过渡(coldmetaltransfer，CMT)焊接同时添加铜片的方法进行铝合金的增材制造，从而提高铝合金沉积零件的硬度。

背景技术

铝合金具有优良的物理、化学和力学性能，在许多领域获得了广泛的应用。CMT技术是一种新型的短路过渡模式，配合焊丝的回抽运动促使熔滴脱落，实现了无飞溅的焊接。将冷金属过渡技术(CMT)和增材制造技术相结合可以实现难加工材料和复杂零件的快速成形制造。但是电弧增材制造技术目前也有一些不足限制铝合金产品的快速发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高铝合金沉积零件硬度的CMT增材制造方法，为了进一步提高沉积零件的拉伸性能，本发明提出加入Cu元素细化铝合金的显微组织，从而在常温(20—25摄氏度)条件下，改善提高沉积零件的硬度。

本发明通过下述技术方案予以实现：

一种改善铝合金拉伸性能的CMT增材制造方法(即一种添加Cu元素提高铝合金CMT增材沉积零件硬度的方法)，在完成一层(或者一道)铝合金CMT增材制造后，在该层上设置铜片，再进行下一层(道)的CMT增材制造，直到完成CMT增材制造。

在上述技术方案中，在CMT电弧作用下，铜片融化进入熔池中，以实现复合，即在CMT增材制造中每堆焊一道焊缝放置一层铜片，铜片被下一道焊缝的CMT焊接电弧熔化，并进入焊接熔池中。

在上述技术方案中，母材为铝合金6061，焊丝选用ER4043。

在上述技术方案中，铜片厚度为0.01—0.05mm，为能够CMT电弧作用下融化为适当。

在上述技术方案中，CMT冷金属过渡焊采用铝合金程序，平均电流为80—90A，平均电压为20—25V，送丝速度为4—6m/min，焊枪总体行走速度为0.3—0.5m/min，气体流量为10—20L/min。

本发明的目的在于加入铜元素细化铝合金CMT沉积零件的组织从而提高硬度。在铝合金CMT增材制造过程中，加入铜片。在CMT电弧作用下，铜片融化进入熔池中。适量Cu元素与熔池中铝合金的元素结合，增加了熔池中的结晶核心，熔池凝固后组织得到细化。另外，析出相能进一步阻止晶界推移、钉扎位错运动，引起强烈的弥散强化，所以材料的硬度得到明显提高，即通过在铝合金中加入Cu元素来获得具有较好硬度的增材制造沉积零件。

附图说明

图1是本发明的铝合金CMT沉积零件中加入铜片的过程示意图。

图2是本发明实施例中硬度试样测量尺寸结构示意图。

图3是CMT沉积零件的金相显微组织图片，其中(a)为未加Cu的增材沉积零件组织；(b)为添加Cu的增材沉积零件组织。

图4是CMT沉积零件的试样硬度测试曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案：

本发明涉及的试验母材为铝合金6061，试件规格为300×150×4mm，焊丝选用ER4043。采用直流冷金属过渡技术CMT对4mm板厚的铝合金进行平板堆焊试验。试验设备选用CMT焊机为福尼斯公司的CMT Advanced 4000型焊机。实验用铜片是一种金属状片状材料，尺寸为：110×10×0.02mm，具体的化学成分如下表所示。