利用双丝电弧增材制造技术制备具有不锈钢与低碳钢梯度分布的FGM（功能梯度材料）结构

《Welding in the World》：Fabrication of FGM structure with gradation of stainless steel and low carbon steel using twin wire arc additive manufacturing

T-WAAM结合GTAW电源使用SS316L和ER-70S6制造FGM结构，通过调控双丝进给率实现成分梯度变化。实验表明50:50混合区具有最高硬度398 HV，摩擦系数0.128，磨损深度2.687 μm，其 duplex相组织（奥氏体+马氏体）及复合微观结构显著提升耐磨性能。该研究为FGM定制化制造提供了新方法。

　　

摘要

双丝电弧增材制造（T-WAAM）技术能够制备出具有不同成分元素及其相关性能的功能梯度材料（FGM）。在本研究中，使用了两种原料——SS 316L（不锈钢）和ER-70S6（低合金钢）——通过集成有气体钨极电弧焊（GTAW）电源的T-WAAM设备来制造FGM结构。通过控制两种原料的进料速率，实现了制造结构中元素成分的调整。制造出的壁体的两端分别由纯SS和LCS构成，而中间区域则通过混合75% SS+25% LCS、50% SS+50% LCS以及25% SS+75% LCS来形成。这些混合区域表现出复杂的微观结构、机械性能和摩擦学特性。其中观察到了双相结构（奥氏体（FCC）和铁素体（BCC）的形成，微观组织从奥氏体+马氏体逐渐转变为贝氏体+珠光体，再到多边形铁素体。这些区域的平均硬度和耐磨性能均优于纯SS和LCS。在50% SS与50% LCS的混合区域，测得的最大硬度值为398 HV。这种SS-LCS组合材料具有出色的表面耐用性和优异的耐磨性，该区域的摩擦系数为0.128，单位磨损速率为0.01 × 10^3 mm^3/Nm，磨损深度为2.687 μm。这项研究为FGM的制备、定制设计以及组件的改造提供了一种可行且灵活的方法，特别是在硬度与磨损相互作用较为显著的场合。