【摘 要】
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相比钛合金、镍合金和铁合金等材料,铝合金因其易氧化、高反射率、低流动性、低密度等特点,在激光增材制造过程中,极易出现孔隙、变形开裂等问题。本文主要通过对比不同工艺
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相比钛合金、镍合金和铁合金等材料,铝合金因其易氧化、高反射率、低流动性、低密度等特点,在激光增材制造过程中,极易出现孔隙、变形开裂等问题。本文主要通过对比不同工艺参数下单道AlSi10Mg合金的宏观形貌和截面熔池形貌,确定熔池尺寸与激光功率(P)、扫描速度(V)之间的关系;研究扫描方式、扫描间距(d)与合金成形质量的关系,并沉积制备了质量良好的AlSi10Mg合金。优化工艺参数区间内,通过添加纳米陶瓷,细化合金组织,研究其对合金性能的增强机理;引入机械振动,有效解决熔池内的气孔、热裂及合金粉末熔合不良等问题,研究了高频微振作用下,AlSi10Mg合金的组织演变、显微硬度分布和拉伸性能。利用金相显微镜观察发现,激光功率和扫描速度的改变对合金的成形质量影响较大。当激光功率过低或扫描速度过高时,合金内部会形成较多气孔,而激光功率过高或扫描速度过低时会产生球化现象。利用排水法测定合金的致密度,结果表明,随激光功率、扫描速度和扫描间距的逐渐增大,合金的致密度先增加后减小。最优工艺参数为:P=3000 W,V=600 mm/min,d=2.0 mm,此时合金表面孔隙尺寸与数量最低,致密度最大,达到95.8%。单一方向扫描沉积的合金存在塌陷、气孔和变形等缺陷,而往复式扫描可以减小合金内部的热堆积效应,一定程度上减少合金内的缺陷并提高成形质量。通过扫描电子显微镜分析发现,AlSi10Mg合金主要是由多个单道合金搭接而成,组织主要包括胞状晶(α-Al)和网状结构(Si)。从合金组织的尺寸和形态上可将搭接区域分为三部分,分别为:细晶区域,粗晶区域和热影响区域。添加5%Ti C后,Ti C颗粒主要在晶界处析出,Ti C强化了组织晶界,细化了合金组织,Ti C/AlSi10Mg合金的显微硬度(139.1 HV0.05)和抗拉强度(278.76 MPa)均高于AlSi10Mg合金(88.6HV0.05,251.35 MPa)。高频微振作用下,合金中孔隙的大小和数量明显减少,振动可以细化合金组织,使合金中的网状结构更加细小,显著提高了AlSi10Mg合金的抗拉强度、延伸率和硬度。随着振动频率的增加,合金的致密度、抗拉强度、延伸率和显微硬度先增大后减小,当振动频率为969 Hz时,制备的AlSi10Mg合金几乎无气孔等缺陷,并且合金的力学性能达到最佳,分别为:致密度99.1%,显微硬度101.2 HV0.05,抗拉强度289.28MPa,延伸率19.3%。
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