选区激光熔化成形AlSi9Mg1ScZr合金的组织调控及强韧化机理研究

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选区激光熔化(SLM)工艺成形的合金构件具有尺寸精度高、力学性能优异的优势,在个性化生产中具有广泛的应用前景。Al-Si系合金具有高强度、低密度、耐腐蚀等特点,在航空航天和军工领域得到广泛的应用。但对于SLM成形的Al-Si系合金,目前广泛研究和应用的Al Si10Mg合金在力学性能上还存在一定的局限性,因此对选区激光熔化铝硅合金提出了更高的性能需求。本文针对添加微量稀土元素的AlSi9Mg1ScZr粉末,主要研究了选区激光熔化工艺参数和热处理前后对SLM成形AlSi9Mg1ScZr合金的显微组织、硬度、拉伸性能和冲击韧性的影响。本文探索了SLM成形AlSi9Mg1ScZr合金的工艺窗口,研究了扫描速度和扫描间距对成形件致密度的影响规律,探究了扫描间距与拉伸性能之间的内在联系;通过调节基板预热温度诱导纳米沉淀相析出进而提高合金强度;最后采用热处理工艺调节合金显微组织,提高合金的塑韧性。主要研究结果如下:首先,论文研究了一定范围内的扫描间距在拉伸性能上的工艺稳定性。在激光功率为370W,层厚为0.03mm,层间转角为67°,基板温度为35℃,扫描速度为1300mm/s的情况下。AlSi9Mg1ScZr合金工艺特性优异,在扫描间距0.12-0.22mm范围内具有较好的成形质量和较高的致密度(99.6%以上);且在扫描间距为0.12-0.18mm范围内,SLM形成AlSi9Mg1ScZr的抗拉强度为470MPa,在0°方向上的屈服强度为295MPa,90°方向上为255MPa,延伸率均大于6%,具有优异的力学性能。其次,论文分析了基板预热温度对SLM成形AlSi9Mg1ScZr合金微观组织和力学性能的影响。通过调控基板预热温度,发现在135℃条件下,由于预热温度和激光扫描热输入的共同影响,,使合金在打印过程产生了原位时效效应,加剧了合金元素从过饱和固溶体中析出,Mg2Si相沿枝晶界析出的的数量显著增加,,起到了提高强度的作用,但对塑性产生了负面影响。合金在0°方向上屈服强度为360MPa、抗拉强度为502MPa、伸长率为7%;90°方向上屈服强度为331MPa、抗拉强度为508MPa、伸长率为4%。最后,论文研究了热处理工艺对SLM成形AlSi9Mg1ScZr合金的微观组织演变和塑韧性的影响。热处理前,合金冲击功低于5J。经过330℃-2h热处理后,成形态中层片状的Si网格经热处理后变成近球状的Si相均匀分布在α-Al基体中。热处理后趋于球化的Si相形貌以及析出的Al3(Sc、Zr)粒子提高了合金抗裂纹扩展的能力,使得合金冲击韧性显著增加。热处理后合金在0°方向上的抗拉强度、塑性和冲击功分别为231MPa、21.9%和21.7J,在90°方向上分别为235MPa、21.3%和16J。
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