[发明专利]一种Al-Mg-Si合金的丝材电弧增材制造方法

说明书

一种Al‑Mg‑Si合金的丝材电弧增材制造方法，包括以下步骤：步骤1、利用冷却辊压辅助进行电弧增材成形；步骤2、对增材体的侧面和顶面进行铣削加工；步骤3、利用搅拌摩擦加工设备对增材体进行搅拌摩擦加工，同时在搅拌摩擦加工过程利用冷却辊压装置对增材体侧壁施加冷却辊压；步骤4、对增材体上表面进行精铣，以备下一步的电弧增材成形；步骤5、循环重复执行以上步骤，直到完成零件的最终成形。本发明能够完全破除Al‑Mg‑Si合金增材成形过程中的枝晶生长并细化晶粒，有效地修复气孔和裂纹等缺陷，同时在丝材电弧增材制造及其改性过程中，通过施加冷却防止增材体发生过热及因此导致的微观组织粗化，大大提高增材体的力学性能，特别是塑性和疲劳性能。

技术领域

本发明属于金属增材制造技术领域，涉及一种Al-Mg-Si合金的丝材电弧增材制造方法，具体涉及一种利用冷却辊压及搅拌摩擦加工辅助的Al-Mg-Si合金的丝材电弧增材制造方法。

背景技术

金属的丝材电弧增材制造技术(Wire and Arc Additive Manufacture，WAAM)是采用熔化极气体保护焊(GMAW)、钨极氩弧焊(GTAW)或等离子弧焊(PAW)为热源，利用离散、堆积原理，通过金属丝材的添加，在程序的控制下根据三维数字模型由线-面-体逐层堆焊出三维金属零件的先进制造技术。与以激光和电子束为热源的增材制造技术相比，具有以下优点：1)沉积速率高并且丝材利用率高，制造成本低；2)可以成形激光反射率高的材质(比如铝合金)；3)制造零件尺寸不受设备成型缸和真空室尺寸限制，易于实现大尺寸构件的制造。

Al-Mg-Si合金属于可热处理强化的中强铝合金，具有低密度、高耐蚀性、优良的成型性能等优点，是制造高速列车、汽车、船舶中的零部件的理想材料。目前，这些零件通常采用锻造的方法进行制造，然而，锻造工艺复杂，生产周期长，材料利用率低，成形件塑形差，因此对成形效率高、制造成本低、制造形式灵活的Al-Mg-Si合金丝材电弧增材制造技术进行研究具有重要的实际意义。材料的焊接性能往往决定其在增材制造技术领域中的适用性，可焊性越好的材料越容易进行基于熔化的金属增材制造，获得的增材构件的性能也越优异。Al-Mg-Si合金在凝固过程中成分偏析严重，热裂纹敏感性高，在进行熔化焊时，极易出现成分偏析、焊接裂纹、气孔等缺陷，因此利用Al-Mg-Si合金进行基于熔化的增材制造极具挑战。J.H.Martin等人利用含Zr的6061铝合金粉末进行激光3D打印，制备出性能优异的增材体(参见J.H.Martin.3D printing of high-strength aluminium alloys.Nature，2017，549(7672)：365.)。然而，目前有关Al-Mg-Si合金丝材的电弧增材制造技术尚未见报道。因此，Al-Mg-Si合金丝材的电弧增材制造技术亟待突破。