工程科学与技术，国际期刊35（2022）101247线弧增材制造结构钢的弯曲疲劳性能Yusuf AyanJiang，Nizamettin KahjiangKarabuk University Technology Faculty Manufacturing Engineering，Demir Kampüsü，Karabük 78050，Türkiye阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2022年2022年8月9日修订2022年8月29日接受2022年9月11日网上发售保留字：WAAM疲劳ER70 S-6拉伸试验低碳钢A B S T R A C T线弧增材制造（WAAM）已成为一种重要的生产方法，其优点包括易于应用和经济效益，以及高材料节省和在短时间内生产接近其最终形状的大型零件的能力近年来，人们对WAAM进行了大量的研究，其中大多数研究都是对所制造零件的性能进行研究。在这些属性中，疲劳的主题不太经常检查。其原因可能包括疲劳试验持续时间长和所需试样数量大等困难然而，由于疲劳是造成金属部件大部分损坏的原因，因此确定使用WAAM生产的部件的疲劳强度非常重要。本研究将WAAM工艺应用于低合金ER 70 S-6钢，ER 70 S-6钢是金属工业中广泛使用的，也是WAAM工艺中最常用的材料之一在制造之后，从所制造的部件获得水平和垂直试样，并且应用机械和冶金测试，包括疲劳测试，其中使用专门设计和生产的弯曲应力疲劳测试机确定所生产的WAAM部件的疲劳特性结果表明，水平和垂直疲劳试样在107周次时的疲劳极限非常接近，约180兆帕。垂直和水平试样的疲劳强度值非常相似。然而，垂直试样的疲劳强度高达10-6个周期被发现是略高。©2022 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍近年来，增材制造（AM）已成为一种关键的制造方法，因为它具有制造复杂形状零件和降低成本，时间和能源消耗等优点[1]。该技术可用于许多领域，从家庭环境中用于业余爱好目的的聚合物物体的生产到用于人体的特殊医疗金属植入物的除了机械金属工业之外，几乎所有工业领域都需要金属材料，因为金属部件构成了大多数制造系统的组件考虑到这种情况，通过AM方法生产金属材料变得更加重要。许多不同的制造方法已被开发用于金属零件的AM[2]。其中，电弧增材制造（WAAM）技术是优越的，特别是在制造*通讯作者。电子邮件地址：yusufayan@karabuk.edu.tr（Y. Ayan）。由Karabuk大学负责进行同行审查。大型金属构件[3]。今天，对这项技术的兴趣大大增加，并已被纳入许多研究和开发活动。许多作品研究了不同的主题有关WAAM过程。特别是在过去三年中，关于这一主题的研究数量显著增加。Rodrigues等人[4]通过WAAM制备了钢-铜功能梯度材料（FGM），并获得了具有高强度和延展性的无缺陷界面。还对非传统材料的WAAM加工进行了研究。Ke等人[5]研究了使用WAAM制造形状记忆NiTi合金时的流体流动行为和传质特性。除了研究用该方法制造各种材料类型的能力之外，这些研究中的大多数都集中在材料表征上。Jin等人[6]对不同不锈钢的WAAM处理进行了全面审查，包括其微观结构，机械性能和工艺相关缺陷。该研究为使用类似材料生产的WAAM部件提供了指导。Rodriges等人[7]报道了奥氏体不锈钢的优越性能，并对316 L不锈钢https://doi.org/10.1016/j.jestch.2022.1012472215-0986/©2022 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestchY. Ayan和N. Kahraman工程科学与技术，国际期刊35（2022）1012472通过WAAM生产的钢。他们的研究结果为奥氏体不锈钢AM零件使用不同参数的热处理提供了有用的指导。WAAM制造的零件通常经过铣削加工。Lopes等人[8]研究了通过WAAM制造的HSLA钢的铣削参数的影响。他们发现，生产的WAAM部件的机械强度对铣削过程没有显著影响。此外，他们还强调，开发新的策略以减少铣削AM零件引起的刀具磨损将是有益的。此外，已经进行了许多研究以消除WAAM制造的不利影响。尺寸不一致、微观结构问题、变形和残余应力可能是其中的一些[9]。Ramalho等人[10]进行了一项研究，以确定污染对WAAM生产的零件的影响，通过应用声学频谱分析，并能够确定故意放置的污染物的位置和过程的不稳定性。对WAAM研究文献的回顾表明，尽管不同的实验表征了许多材料性能，但对WAAM零件的疲劳强度进行的研究有限。这些研究的数量有限可能是由于疲劳试验持续时间长以及必须进行大量试验以确定疲劳极限。例如，确定对应于在10 Hz的疲劳速度下的107个循环的部件的疲劳寿命水平的疲劳强度此外，在长时间测试期间，诸如断电之类的中断可能会导致测试被取消和重复，从而进一步延长测试时间。然而，当根据使用条件执行任务时，有必要了解机械部件的疲劳特性，因为金属部件中的大多数损坏都是由于疲劳而发生的[11]。在这方面，确定通过WAAM生产的部件的疲劳性能的研究将是有用的和必要的工程工作。尽管文献研究有限，但疲劳试验已应用于WAAM方法生产的织物杜尔-艾萨米等.[12]对通过WAAM制造的347不锈钢部件进行了水平和垂直方向的疲劳试验他们还发现，WAAM部件的疲劳强度低于其锻造合金对应物。此外，他们强调，其机械性能可以通过执行适当的后处理应用程序来改善在另一项研究中，Ermakova等人[13]研究了试样取向对疲劳裂纹扩展速率的影响，发现WAAM生产的ER 70S-6结构的试样拔出区域的裂纹扩展没有显著变化。同样，在另一项工作中，Ermakova等人[14]研究了通过WAAM生产的ER 100 S-1钢的疲劳裂纹扩展行为，发现试样取向影响裂纹扩展形状。使用WAAM制造的零件的使用条件此外，可能存在这样的情况，其中知道在环境条件下在负载下的疲劳强度是至关重要的。Ron等人[15]在大气环境和含NaCl溶液的腐蚀环境中对通过WAAM生产的ER 70 S-6材料进行疲劳试验同样，他们对St37材料进行了相同的测试，并比较了两种材料的疲劳性能结果，在大气环境中用WAAM生产的ER 70 S-6材料显示出与St 37材料相似的疲劳强度然而，在腐蚀环境中，St37材料的疲劳强度比其他材料高70%他们将此归因于一些因素，如遗传性孔隙、未熔合以及WAAM生产的部件中的杂质，这些因素加速了局部腐蚀并引发了疲劳裂纹的形成。此外，Wang et al.[16]他说，在用WAAM进行材料沉积的过程中对线材的污染可能导致气孔，从而降低疲劳强度。在WAAM工艺中，可以应用不同类型的材料沉积策略。例如，材料沉积可以是单程壁或振荡或重叠的块类型。这些类型主要影响WAAM层的热暴露量和待生产部件的尺寸。虽然在单程生产中材料厚度限制为10 mm，但可以通过振荡和平行类型获得更大的结构[17]。Aldalur等人。[18]根据他们以振荡和重叠形式应用的生产中的微观结构变化，获得了不同的拉伸强度结果。采用振荡法生产，可获得较高的抗拉强度和较低的晶粒尺寸.在另一项研究中，Yıldız等人[19]使用ER 120S-G，与单道次生产相比，双道次生产获得了较低的屈服强度但较高的延展性。Syed等人[17]研究了WAAM中应用的材料振荡和平行沉积策略对用Ti6Al4V生产的结构的疲劳强度的影响。在平行堆叠策略中，获得了更小晶粒的结构，并且据称这增加了疲劳强度，因为其表现出更大的抗疲劳裂纹萌生性。Wang等人[20]对WAAM制造的Ti6Al4V材料进行了疲劳试验，并在原位SEM室中研究了小裂纹扩展行为。他们的研究结果表明，在许多加载循环中，微结构小裂纹的生长速率取决于以下因素的协同作用和竞争。显微组织影响裂纹的萌生和扩展。永久滑移带支持裂纹的萌生和扩展，并与滑移线一起。晶界由于对位错滑移的阻挡作用而阻止裂纹扩展.裂纹和二次裂纹的分支耗散了使主裂纹扩展的能量，并降低了裂纹的扩展速率。主要的裂缝。混合制造工艺可以应用于改善使用WAAM生产的结构的机械性能。例如，在先前的研究中，超声脉冲混合生产工艺与WAAM一起使用。通过这种方式，获得了具有增加的拉伸强度的更小晶粒的结构[21]。在混合WAAM研究中，通过轧制改变了微观结构并降低了残余应力[22]。Xiong et al.[23]采用了一种混合制造工艺与锤击。他们指出，通过WAAM生产的层的机械性能得到了改善，从而提高了其强度。在一项通过应用混合方法调查疲劳强度的研究中，Dirisu等人[24]报告称，滚动应用改善了疲劳性能。他们还报告说，以这种方式生产的WAAM零件可以直接用于工程。文献中关于WAAM的疲劳研究相对较少。此外，以往的研究一般采用拉压应力型疲劳试验。然而，WAAM金属部件可能并不总是以这种方式加载，因此有必要确定不同类型应力下的疲劳行为。在本研究中，在疲劳试验中，施加疲劳载荷以诱导弯曲应力。对于WAAM工艺，选择ER 70 S-6低合金钢材料，因为它广泛用于许多不同的部门。希望本研究所取得的成果能对相关文献及金属零件制造业有所贡献。2. 实验研究对于WAAM工艺，选择气体保护金属极电弧焊（GMAW）方法，并且使用1.2mm直径的低合金ER 70 S-6钢丝作为原料，这根据Y. Ayan和N. Kahraman工程科学与技术，国际期刊35（2022）1012473××制造商1.45% Mn作为主要合金元素;以20 mm、150 mm、400 mm的St37钢为基体。在开始生产过程之前，使用丙酮和酒精对基材材料的表面表1中给出了制造过程中使用的焊接参数。一个专门设计和制造的数控机床被用来执行WAAM操作。形成用于分层结构的焊道是用焊炬沿着具有相同起点和终点的闭合路径来实现的。Fig. 1.显示了WAAM工艺的沉积原理。在生产中遵循这种程序的主要原因是，制造层上的焊道的每个区域具有相似的温度分布。此外，由于起始点和结束点在同一点，层形将稳定。在制造每一层时，将前一层冷却至90 °C至100 °C之间的温度，从而制造具有总共49层的结构。WAAM部分的不同视图如图所示。 二、硬度、拉伸和疲劳测试用于确定制造部件的机械性能。显微结构的特点是在几个冶金研究，这些研究得到了X射线衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM），和光学显微镜。采用沿塑型方向截取的横截面试样，对WAAM成形零件整体进行了显微组织研究，并对下、中、上三个区域的显微组织进行了分析。应用标准金相试样制备程序，并用2%硝酸溶液蚀刻试样。使用NikonEpiphot 200光学显微镜进行微观结构分析。将XRD测试应用于从部件的中间区域取得的试样，以确定WAAM化部件的相结构。硬度测量是在从底部到顶部的相同距离处进行的，所述相同样品是为微观结构研究而制备的。此外，从WAAM处理的部件的中心沿水平和垂直方向提取长度为30 mm的试样，并测量这些试样的硬度值。图3示出了部件区域上的硬度测量的位置。将横截面的硬度值与垂直和水平值进行比较，并评估硬度的变化。使用维氏显微硬度法，并且施加500-g载荷10秒用于硬度测试。首先，应用铣削工艺从 WAAM 处理的部件获得拉伸从两个WAAM表面以相等的量对部件进行机加工，以产生约2.5 mm厚的片材然后通过线放电加工（EDM）方法获得试样 图 4显示了在部件上采集的拉伸和疲劳样本的位置以及样本的尺寸。在室温下使用AG-50kN Shimadzu Autograph试验机以2 mm/min的恒定十字头速度进行拉伸试验总共12个试样，6个垂直试样和6个水平试样-表1WAAM参数。当前A）105电压（V）17送丝速度（m/min）2焊接速度（m/min）0.15保护气体86% Ar +12% CO2 + 2% O2保护气体流量（L/min）15Fig. 1. WAAM的沉积原理图二. 装配部件。图三. a）显微硬度试样的位置，b）垂直，c）水平，d）沿成型方向的横截面。从WAAMed部分的不同区域提取。拉伸试验后，通过SEM检查断裂表面Y. Ayan和N. Kahraman工程科学与技术，国际期刊35（2022）1012474见图4。从WAAM部件中提取拉伸和疲劳样本：a）提取区，b）疲劳试样尺寸，c）拉伸试样尺寸。弯曲疲劳试验是这项工作的一个重要和独特的部分。疲劳试验是用专门设计和制造的能够对试样施加弯曲应力的机器进行的。使用机器上的测力传感器评估样本的疲劳应力值。通过器械上的计数器计算疲劳循环次数。在6个不同应力幅下，每个应力水平使用3个试样进行疲劳试验，在水平和垂直方向上共测试了36个试样。WAAM部件的平均屈服应力被视为确定疲劳测试中应用的应力水平选择最接近屈服极限的最高应力用仪器上的计数器测定在外加应力幅下的疲劳寿命，并根据这些值绘制SAN曲线。在107次循环中，选择在试样中不发生疲劳断裂的温度作为疲劳极限。实验在室温下以10 Hz的疲劳速度进行。与拉伸试验一样，疲劳试验中失效的试样的断裂面也用SEM检查。疲劳试验机和示意性试验程序如图所示。 五、3. 结果和讨论3.1. 拉伸试验拉伸试验后的样本图像和应力-应变图如图6所示。根据拉伸试验结果，计算出垂直方向上的平均拉伸应力约为480 MPa，平均最大伸长率为22.5%。其中一个水平测试样本由于结构中的微空隙形成缺陷而未通过拉伸测试。由于其他5个样本的测试结果接近，因此不包括在平均值中。试样在水平方向上的平均最大拉伸强度和最大%伸长率值计算为约491 MPa，24.62%。St37材料的参考值显示，对于2.5 mm厚度，拉伸强度平均值为435 MPa，伸长率%≥ 21%[25]。 根据图五、疲劳试验装置：a）疲劳试验机，b）弯曲疲劳试验程序。见图6。拉伸试验后的试样和试样的应力-应变曲线：a）垂直，b）水平。水平和垂直加工的抗拉强度值当垂直和水平拉伸试验结果一致时，水平试样的平均抗拉强度和伸长率值非常接近。这是由于各层的层间转变温度的均匀调节和材料沉积策略的适当性。在拉伸性能方面，当在WAAM工艺中应用闭合路径生产时，可以实现相对均匀性。尽管如此，水平拉伸试验值略高。认为试样在水平和垂直方向上的拉伸值的这种差异是由微观结构的变化引起的。在使用相同材料进行的另一项WAAM研究中报告了类似的推断[26]。此外，在使用ER 70 S-6钢丝材料的一些研究中，指出水平样本的抗拉强度略高于垂直样本[3，27]。Y. Ayan和N. Kahraman工程科学与技术，国际期刊35（2022）1012475××在使用ER 70 S-6导丝的文献研究水平方向上获得的拉伸强度在429± 8 MPa[26]和503 ± 21 MPa[28]之间变化很大。无论制造部件的方向如何，拉伸强度值通常在约470和500 MPa之间变化[3，18，28，29]。同样，在一项研究中，伸长率值计算为垂直12 ± 3% ，水平35 ±2%[28]，而结果为38 ± 2。在另一项研究中，垂直为6%，水平为36 ±2.2%[18]。考虑到这些，WAAM处理部件的平均拉伸强度值与文献中的那些相似。然而，在延伸率方面存在一些差异，这主要归因于制造参数和材料沉积策略。材料沉积包括单珠多层、双珠多层和振荡多层类型，如Le和Paris的工作中所报告的[26]。当其他制造条件保持相同时，根据这些材料沉积生产类型，微结构可能包含差异。这些差异主要是由层所暴露的热量的影响造成的。因此，根据材料沉积策略的不同，WAAM处理过的零件可以具有不同的拉伸强度和伸长率值。在Aldalur等人进行的研究中，应用了两种不同的制造过程，即振荡和重叠，并且发现在两种结构中的微结构完全不同。通过重叠生产[18]获得了具有较小晶粒尺寸的较高抗拉强度。拉伸试验后通过SEM检查的断裂表面是如图7所示。在每个方向上，给出了样本断裂表面的两个不同放大率图像（左侧为2000 X放大率，右侧为5000 X放大率）。将10，000X的放大率应用于用EDS拍摄的图像垂直试样的断裂面显示存在不同尺寸的韧窝和剪切断裂韧窝[30]。在水平试样中，韧窝更集中。致密韧窝的形成表明水平试件的延性略高于垂直试件。另一方面，两个方向上的试样均表现出韧性断裂行为。夹杂物，数量大，在这些标本中观察到不同的大小。在断口检查中，观察到夹杂物分布区域性变化，但集中在发生断裂的主要区域。示出了应用于垂直试样中的夹杂物的EDS结果。测量编号1应用于主要材料，其他应用于球形夹杂物。当评估夹杂物的EDS结果时，Mn重量含量高。因此，球形颗粒可以解释为属于Mn基化合物。在文献研究中，遇到了类似的球形颗粒，并将其鉴定为MnO（氧化锰）[31因此，可以形成这种MnO保护气体的氧化电位以及WAAM工艺中的高热输入和快速冷却[24]。在图7c所示的断裂表面上发现的球形颗粒位于其周围空隙的中心。这些颗粒，被认为是MnO，经常在断裂表面检查中发现。此外，在断裂区中，它们的数量相对较高，这支持了这些因素在拉伸试验期间触发并加速断裂过程的可能性。得出的结论是，球形部件周围的空隙导致横截面变窄，因此降低了拉伸试验期间可承受的载荷水平，从而降低了拉伸强度。同样，据报道，MnO夹杂物可能会通过减少有效载荷面积对拉伸强度产生负面影响[32]，表明这种情况得到了文献的支持。3.2. 疲劳试验图图8示出了利用从疲劳试验结果获得的数据创建的曲线图。疲劳试验后断裂的试样如图所示。9.第九条。垂直试件疲劳试验中施加的最高平均应力约为350MPa，在此应力水平下的疲劳寿命约为7.5 ×103该值包含在低周疲劳区域中。第三应力幅组试验结果（对应于约280 MPa）表明，最高疲劳应力降低了约20%，超过了高周疲劳区，达到了约1.3 × 10 -5次循环。从垂直疲劳试验结果来看，在245MPa下达到了106的疲劳寿命，在220 MPa下超过了106的疲劳寿命，达到了107的疲劳循环次数图7.第一次会议。a）拉伸试样的垂直和b）水平断裂面，c）a）中红色正方形的2倍放大率和EDS结果。(For关于本图例中颜色的解释，读者可参考本文）。见图8。疲劳试验图：a）垂直，b）水平，c）平均曲线。Y. Ayan和N. Kahraman工程科学与技术，国际期刊35（2022）1012476×××见图9。 疲劳试验后的样本：a）垂直，b）水平。在178MPa的应力值下进行，并且由于没有观察到宏观误差或疲劳断裂而终止测试。根据这些结果，垂直试样的疲劳极限约为178 MPa。水平试样在350 MPa下的疲劳试验结果表明，在低周疲劳区，疲劳寿命约为6.5 × 10 -3。与垂直试样相比，在最高施加应力下观察到疲劳寿命略有下降。然而，这种情况可以忽略不计，因为它发生在低周期区域。在水平试样中，达到高周疲劳区域的应力幅为276MPa，约4.2 - 10 -6次循环达到平均应力幅为244 MPa。在水平试样上施加176 MPa的平均应力时，达到107个循环，由于没有疲劳损伤而停止试验。水平测试组的疲劳极限为176MPa。图中的疲劳曲线图。 8 c表明，垂直试样的平均疲劳曲线略高于水平试样，直到10 - 6疲劳寿命。然而，当对两个测试组的图形和数据进行检查时，没有观察到它们之间的显著特别是在疲劳寿命接近106周的一侧，曲线相交，并向107周重叠。得出的结论是，在所应用的WAAM制造参数范围内，垂直和水平方向上的疲劳极限处于大致相同的应力幅。Bartsch等人对通过WAAM工艺制造的ER 70 S-6材料结构进行疲劳试验，当应力幅达到约3.6 × 106190 MPa时，试验停止[34]。这些文献的结果是非常接近的WAAM部分在这项研究中制造的疲劳试验结果（180 MPa和107个周期）。在另一项研究中，Ron等人在50 Hz下对WAAM生产的ER 70 S-6样本和St 37材料样本进行疲劳试验。 他们发现ER 70 S-6结构在108次循环时的疲劳极限为220 MPa，St 37在相同循环时的疲劳强度为230 MPa[15]。与本研究相比，疲劳强度相差40MPa。这种差异被认为是由实验中应用的疲劳测试速度（频率）造成的，该速度是五倍。Guennec等人研究了低碳钢的疲劳试验速度，发现疲劳强度随着试验速度的增加而增加[35]。在Zainulabelo[36]的一项研究中，发现St37材料的疲劳强度在106次循环时为160 MPa。根据这些值，通过WAAM生产的结构的疲劳强度不低于St37材料的疲劳强度。疲劳试样的断裂面如图所示。 10个。初看起来，垂直和水平疲劳试样的断口图像均表现为脆性断裂见图10。疲劳试样的断裂面a）垂直，b）水平c）a和EDS结果中的2倍放大红色方块。(For对于图中颜色的解释，请读者参考本文的网络版本与拉伸试验中所见的韧性断裂相反，两个样本中的疲劳条纹清晰可见疲劳条纹是在遭受疲劳损伤的材料中发现的痕迹，并且在经历这种损伤的部件的表面上可以发现数百个疲劳条纹。每个疲劳条纹通常表明使疲劳裂纹扩展到基材中的疲劳循环[37]。疲劳条纹的过度分布通常会增加疲劳裂纹扩展速率[38]。垂直试样上的二次裂纹如图10a所示。二次裂纹是与主裂纹方向垂直扩展的结构，它通过改变载荷分布的方向来降低主裂纹的扩展速率。除此之外，试样在两个方向上的断裂表面都显示出夹杂物，就像拉伸试验中的断裂表面一样。根据图10c中的EDS结果，第一样品中Mn的高重量比增加了MnO夹杂物的可能性，如拉伸试验结果部分所述。夹杂物球的数量少于拉伸试样表面上发现的数量。此外，在球体的位置周围没有形成具有延展性行为的含凹坑结构，如在拉伸试验中。在所有这些条件的评价后，疲劳试样在断裂过程中表现出脆性行为。观察到垂直和水平试样的断裂表面图像彼此非常相似，因此，在断裂行为或表面结构的评价中没有发现显著差异。3.3. 显微硬度测试图11示出了由在WAAM处理的部件的横截面上测量的硬度值生成的曲线图。平均硬度值计算为约165 HV。沿成型方向测量的硬度值发生微小变化，未观察到硬度值的异常变化。这被认为是所生产的层中的微观结构的高度相似性和层之间的微观结构变化的结果。从WAAM部件中心沿水平和垂直方向测量的硬度值（图11b）彼此非常接近，在部件的该区域，计算出的平均硬度为166 HV，Y. Ayan和N. Kahraman工程科学与技术，国际期刊35（2022）1012477见图11。WAAM处理部件的显微硬度：a）成型方向的横截面，b）部件的中间截面。方向。当这些与从横截面测量的显微硬度值进行比较横截面试样和中心试样的平均硬度非常接近的事实表明，WAAM部分的硬度分布没有太大差异。Rafieazad等人[28]发现，在使用ER 70 S-6材料进行的WAAM工艺中，平均硬度值为160 ± 7 HV。他们将硬度值的轻微变化归因于垂直方向上显微组织的一致性。同样，Waqas等人[39]计算出的平均硬度值为170HV，并指出该值高于具有类似C含量的钢。他们将高硬度值归因于WAAM过程中热循环引起的晶粒细化。Nemani等人[40]对WAAM工艺制造的零件进行了归一化和硬化热处理，并将处理后的试样的硬度值与未处理零件的硬度值进行了比较。他们测得未处理部件的硬度值为160 ± 7 HV，正常化试样的硬度值为154 ± 1 HV，硬化试样的硬度值为260 ± 3 HV。正火处理使硬度值略有下降，但淬火热处理使硬度值增加，差异较大。Aldalur等人[18]进行了两种不同的WAAM制造，振荡和重叠，并发现重叠产生的试样硬度值更高。他们指出，这种情况是由于微观结构的不均匀性造成的。3.4. X射线衍射和显微组织检查XRD分析结果如图12所示。这些结果与文献[28，41]中的结果一致。XRD分析结果表明，WAAM处理后的样品由铁素体组成。图十三.显示了在微观结构研究中从底部（c）、中部（b）和顶部（a）拍摄的图像。中下部的显微组织照片显示出强烈的多边形铁素体相。在图13b中，产品中间区域的晶粒尺寸略小于下层的晶粒尺寸然而，这两个地区的结构图12. WAAM化部件的XRD结果。图十三. WAAM加工件的显微组织。大体相似，多边形铁素体相结构占主导地位。在这些组织中还可以看到铁素体晶粒周围的珠光体相。由于上层的熔化，在WAAM过程中产生的层不断暴露于热。因此，首先构建的层具有比中间和上部区域更高的温度梯度。熔池外的热影响区（HAZ）下的区域处于连续的热循环下。出于这个原因，它是不可避免的，以包含区域性不同的微观结构。当对这些情况进行评估时，下半部分和中半部分的结构相似性与WAAM中应用的制造工艺和工艺参数密切相关。将制造应用为闭合路径确保了同一层中焊道上的每个点将经历相同的加热和冷却过程。此外，在制造每层之后，将其冷却至约90-100 °C。这些条件有助于在整个WAAM处理部件中形成相似的微观结构。中间结构的相对小的晶粒尺寸是基于较低层暴露于更多的热量并且倾向于更多地在HAZ中。因此，有可能在HAZ中看到较大晶粒的结构。Dirisu等人使用WAAM进行单道和振荡制造，发现由于热量累积较高，振荡生产中的晶粒尺寸较大[42]。尽管如此，微观结构研究表明，WAAM产品的下部和中部的结构表现出高度的相似性。顶部区域的结构（图1） 13 a）被认为是非常不同的下部和中部。在生产顶层之后，没有用于后续热处理的热输入，如在下层中。在这方面，预期晶粒尺寸将更大，因为上部中的区域将不经历与先前层一样的回火过程。顶层的图像（图。图13 a）显示，晶粒尺寸大于其他区域。此外，多边形铁素体晶粒在结构中不太常见的事实造成了其他子区域的独特情况除了Y. Ayan和N. Kahraman工程科学与技术，国际期刊35（2022）1012478多边形铁素体，这是罕见的顶层结构，相主要是针状铁素体，魏氏铁素体，和他形铁素体。在Le和Paris的研究中也看到了上层的结构[26]。Liberini等人[43]指出，使用ER 70 S-6材料生产的下部和中部的显微组织几乎是同轴的，上部由层状结构组成另一项研究报告称，通过控制制造参数，可以在WAAM结构中实现均匀的微结构[44]。4. 结论在本研究中，一个中型的金属零件，使用低合金ER 70 S-6钢通过WAAM技术，并进行了一些机械和冶金测试。在研究中获得了以下结果。拉伸试验表明，基于制造过程中遵循的闭合路径程序，垂直和水平试样的拉伸性能相似。这确保了用该方法制造的每层上的区域暴露于大致相同的热输入并且具有大致相同的冷却速率。垂直和水平试样的疲劳强度被认为是约180 MPa，在10 - 7疲劳寿命。在对拉伸和疲劳断裂表面进行的SEM检查中，在断裂区域观察到大量假定为MnO的夹杂物。这些夹杂物被认为是触发断裂过程的因素。硬度测试结果表明，沿WAAM成形方向测得的硬度值与从中心区域取下的垂直和水平试样的硬度值非常接近。这表明，当作为整体评价WAAM处理的部件时，硬度分布相似。XRD分析结果表明，所制造的零件组织为铁素体。沿WAAM成形方向不同区域的显微组织照片表明，除顶部区域外，多边形铁素体组织占主导地位。由于在顶部区域中没有重复的热输入，形成了主要包括针状铁素体、宽体铁素体和他形铁素体相的较大晶粒结构竞争利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作。确认这项工作得到了Karabük大学科学研究项目协调单位（项目编号：FDK-2019- 2130）和土耳其科学技术研究委员会（项目编号：219M111）的支持。作者要感谢这些机构。引用[1] J.P. Oliveira，A.D. LaLonde，J. Ma，激光粉末床熔融金属增材制造的工艺参数，材料设计193（2020），doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108762108762。[2] S. Mohd Yusuf，S. Cutler，N. 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