【摘 要】
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Al-Zn-Mg系铝合金因具有较好的力学性能,被广泛应用于航空航天领域。而随着激光增材制造技术的高速发展,其在制备复杂铝合金零部件上比传统加工法更有优势。然而,铝合金因热膨胀系数高、凝固范围宽、凝固收缩大等特性使其在高冷速的激光增材制造成形过程中极易开裂产生裂纹缺陷。本论文结合相图和凝固热裂纹形成物理模型预测合金热裂敏感性,并设计了低热裂倾向且力学性能较好的铝合金成分,为激光增材制造铝合金的应用提
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Al-Zn-Mg系铝合金因具有较好的力学性能,被广泛应用于航空航天领域。而随着激光增材制造技术的高速发展,其在制备复杂铝合金零部件上比传统加工法更有优势。然而,铝合金因热膨胀系数高、凝固范围宽、凝固收缩大等特性使其在高冷速的激光增材制造成形过程中极易开裂产生裂纹缺陷。本论文结合相图和凝固热裂纹形成物理模型预测合金热裂敏感性,并设计了低热裂倾向且力学性能较好的铝合金成分,为激光增材制造铝合金的应用提供优质合金成分参考。获得的主要研究结论如下:首先利用Sindo Kou基于液膜理论提出的热裂模型构建了Al-Zn-Mg-Sc合金的裂纹敏感性预测图,再结合部分文献中铝合金的力学性能设计出了Al-6.5Zn-2.2Mg-0.4Sc合金,在此成分的基础上添加Si,Zr元素,设计了Al-6.5Zn-2.2Mg-0.4Sc-3.0Si-0.2Zr合金。并利用实验对热裂敏感性模预测结果进行了验证,验证结果与模拟结果基本一致。采用选区激光熔化（SLM）制备了Al-Zn-Mg-Sc合金与Al-Zn-Mg-Sc-Si-Zr合金样品,采用激光熔化沉积（LMD）制备了Al-Zn-Mg-Sc合金样品。研究了打印工艺参数对合金组织及力学性能的影响。结果表明,随着激光能量密度的增加,SLM制备的两样品内孔缺陷呈现逐渐消失到再次产生的规律,两样品的致密度变化规律与缺陷产生规律呈负相关。随着激光能量密度的增加,合金的维氏硬度先升高后降低。高能量密度下合金的拉伸性能高于低能量密度,打印态SLM成形的Al-Zn-Mg-Sc合金与Al-Zn-Mg-Sc-SiZr合金最高抗拉强度分别为183.7MPa和382.7MPa,延伸率分别为2.0%和9.2%。此外,研究发现,与SLM成形的合金相比,LMD成形的合金扫描面晶粒更细小,缺陷更少,拉伸性能也更优良。打印态LMD成形Al-Zn-Mg-Sc合金的抗拉强度为269.4MPa,延伸率12.7%。打印态合金力学性能不高是因为SLM和LMD成形冷速高,合金在成形后为近似过饱和固溶体状态,强化相析出较少。研究了热处理后SLM及LMD成形Al-Zn-Mg-Sc-（Si,Zr）合金的组织与性能。结果显示,热处理可显著提高Al-Zn-Mg-Sc合金力学性能:热处理后SLM成形的Al-Zn-MgSc合金因产生了大量细小的Mg Zn2-!’相,抗拉强度由183.7MPa提升至257.5MPa,延伸率由2.0%提升至4.0%。LMD成形的Al-Zn-Mg-Sc合金因产生了大量细小的Mg Zn2-!’相和Al3Sc相,抗拉强度由269.4MPa提升至392.9MPa,且延伸率最高可由12.7%提升至30.2%。SLM成形的Al-Zn-Mg-Sc-Si-Zr合金在热处理后因析出了Al3（Sc,Zr）相,而且Mg2Si相尺寸变小,使延伸率由9.2%提升至17.6%。
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