机械工程学报

作者：耿汝伟, 朱聪聪, 魏正英, 麻宁绪

单位：1. 中国矿业大学机电工程学院 徐州 221116;2. 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 西安 710049;3. 大阪大学接合科学研究所 大阪 567-0047 日本

关键词：增材制造,熔滴复合电弧沉积,组织演变,力学性能,铝合金；

基金：国家自然科学基金(52205432，52275376)、江苏省自然科学基金(BK20221118)和山东省自然科学基金(ZR2023QE232)资助项目

以电弧为热源的铝合金增材制造具有高效、低成本、材料利用率高等优势，但是存在凝固过程复杂、性能不稳定、难以实现主动控制的局限。针对铝合金熔滴复合电弧增材工艺，耦合宏观熔池热质输运模型与微观组织演化相场模型，进行沉积过程凝固组织转变跨尺度数值计算。考虑洛伦兹力、表面张力以及电弧压力等因素计算沉积过程熔滴与电弧对熔池影响行为，分析了温度场分布演化规律。将熔池凝固参数代入相场模型计算熔池不同位置组织生长演化过程，结果表明，在熔池底部凝固组织呈现柱状晶结构，到熔池中上部逐渐满足液相形核条件，发生组织转变，从柱状晶转变为等轴晶。同时元素分布呈现明显显微偏析，在晶界处溶质浓度高，枝晶内部浓度较低。最后为了验证数值模拟的正确性，进行了样件金相与力学性能测试，电镜下观测结果和能谱分析结果与数值模拟表现出较高一致性；同时微小拉伸试验表明，熔池中上部材料的抗拉强度和伸长率均高于熔池底部材料。

来源：2025年第18期

《机械工程学报》期刊编辑部

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