电弧增材制造(WAAM)结构钢的微观结构和腐蚀行为:与传统轧制相比!
时间:2024-07-19 08:50 来源:焊接科学 作者:admin 阅读:次
电弧熔丝增材制造(WAAM)是一种金属3D打印技术,它允许以相对及时和成本效益的方式构建大型元素,非常适合成本敏感的建筑行业。尽管这项新兴技术具有潜力,但WAAM材料的基本属性仍然不清楚。该研究对WAAM钢板和传统轧制Q345钢的微观结构和腐蚀行为进行了比较研究。在3.5 wt.% NaCl溶液中暴露十二天后,WAAM钢展示了与常规生产的钢相当的腐蚀性能,包括腐蚀电流密度以及通过电化学阻抗谱(EIS)分析确定的钢/混凝土界面特性。腐蚀后的观察显示,在(Si, Mn)富集的氧化物夹杂物以及周围钢基体的一般腐蚀中发生了优先溶解。与Q345轧制钢相比,由于WAAM钢的原料中Si和Mn元素含量更高,其局部腐蚀的敏感性略高。
工作亮点
WAAM钢与传统轧制Q345钢在3.5 wt.% NaCl溶液中的腐蚀性能相当。
除了周围基体的一般腐蚀外,夹杂物处发生了局部溶解。
在WAAM钢中,(Si, Mn)富集的氧化物夹杂物发生了优先溶解。
在Q345钢中,S富集的夹杂物及其周围发生了显著的溶解和沟槽腐蚀。
实验方法
实验使用了直径为1.2 mm的ER70S-6钢焊丝作为WAAM试件的增材制造材料。利用荷兰MX3D公司的多轴机器人系统进行打印。WAAM过程采用多轴机器人臂在重复的环形路径上操作,MIG焊接喷嘴在基板上方逐层堆叠材料。构建完成后,使用等离子弧切割器将椭圆形钢管从基板上切下,并使用剖面锯铣平以去除表面波动。Q345轧制钢的化学成分根据中国国家标准GB/T 20123-2006和GB/T 4336-2016获得。
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图1. 用于制造WAAM钢的机器人系统
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图2. 构建后的WAAM椭圆形钢管、铣平后的WAAM钢表面和抛光后的WAAM钢与Q345钢的镜像表面
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图3. WAAM钢和Q345钢的拉伸试样在不同方向上的提取
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图4. Q345轧制钢和WAAM碳钢的孔隙形态和分布典型显微照片
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图5. (a) Q345轧制钢和 (b) WAAM碳钢的三维显微照片
![](https://www.3ddayin.net/uploads/allimg/240719/0U42La6-5.jpg)
图6. 经硝酸蚀刻后的Q345轧制钢和WAAM碳钢的显微照片
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图7. (a) Q345轧制钢和 (b) WAAM碳钢的渗碳体相的圆形度指数的显微照片
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图8. Q345轧制钢中典型夹杂物的EDS点分析
![](https://www.3ddayin.net/uploads/allimg/240719/0U42JO1-8.jpg)
图9. Q345轧制钢中典型夹杂物的EDS元素分布图和线扫描结果
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图10. WAAM碳钢中典型夹杂物的EDS点分析
![](https://www.3ddayin.net/uploads/allimg/240719/0U42K206-10.jpg)
图11. WAAM碳钢中典型夹杂物的EDS元素分布图和线扫描结果
论文总结
该研究比较了通过电弧熔丝增材制造(WAAM)技术制造的结构碳钢与传统生产的碳钢的微观结构和腐蚀性能。WAAM碳钢与Q345轧制钢相比,具有更高的孔隙率,但并未表现出较差的腐蚀性能。WAAM碳钢的夹杂物主要由(Si, Mn)富集的氧化物组成,而Q345钢则包含经过钙处理的Al-killed钢中的Al2O3∙MgO∙CaO∙CaS∙MnS夹杂物。研究结果显示,在3.5 wt.% NaCl溶液中暴露12天后,WAAM钢与传统Q345轧制钢相比,具有相似的开路电位、腐蚀电流密度以及通过EIS检测的钢/电解质界面特性。两种钢材均发生了夹杂物的局部溶解和周围基体的一般腐蚀,但WAAM钢的局部溶解与(Si, Mn)富集的氧化物夹杂物密切相关。WAAM钢中的珠光体在腐蚀后相对完好,而Q345钢则在S富集的夹杂物周围出现了显著的溶解和沟槽腐蚀。尽管WAAM钢的腐蚀性能与Q345钢相当,但WAAM钢对点蚀的敏感性略高。
论文地址
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.113158
(责任编辑:admin)
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