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銅添加助力增材制造鋁合金耐熱性提升

3D打印動態(tài)
2024
08/19
15:17
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來源: 特種鑄造

采用選擇性激光熔化(SLM)法制備AlSi10Cu4Mg合金,,將預(yù)合金AlSi10Mg和單質(zhì)Cu粉末混合,進(jìn)行180 ℃×2 h時效,,在200~400 ℃范圍內(nèi)測試SLMed和SLM時效試樣的高溫拉伸性能,并比較變形過程中的顯微組織變化,深入探討合金的強(qiáng)化和軟化機(jī)理,,為優(yōu)化AlSi10Mg合金的高溫力學(xué)性能提供參考。

選擇性激光熔化(SLM)是一項重要的增材制造(AM)技術(shù),近年來在生產(chǎn)具有優(yōu)異力學(xué)性能的鋁合金方面日益突出,。亞共晶AlSi10Mg合金具有優(yōu)異的耐腐蝕性,、低熱膨脹、高比強(qiáng)度等特點(diǎn),,廣泛應(yīng)用于航空航天,、汽車等行業(yè)。因此,,SLMed AlSi10Mg合金具有良好的室溫成形性和力學(xué)性能,。然而,高溫下Si顆粒的粗化會對SLMed AlSi10Mg合金的力學(xué)性能產(chǎn)生負(fù)面影響,,限制其使用于低溫環(huán)境,。因此,提高SLMed AlSi10Mg合金的耐熱性對于擴(kuò)大其在高溫環(huán)境中的適用性至關(guān)重要,。

由于銅(Cu)價格低廉,,且易于通過沉淀硬化技術(shù)形成各種耐熱納米顆粒,成為改善鋁合金高溫性能的極具潛力的元素,。已有報道證明通過SLM工藝制備Cu改性AlSi10Mg合金的可行性,,但Cu添加對SLMed AlSi10Mg合金高溫拉伸性能的影響鮮有報道,因此富Cu相和Si相在高溫下的演化和協(xié)同機(jī)制及其對熱變形行為的影響尚未明晰,。

基于此,,長春工業(yè)大學(xué)韓英教授團(tuán)隊開發(fā)了一種具有獨(dú)特的共晶網(wǎng)格和納米級Al-Cu析出相的組合的新型SLMed AlSi10Cu4Mg合金,通過評估合金的高溫拉伸性能,,系統(tǒng)地研究了組織演變與變形行為的關(guān)系,。研究結(jié)果以題為“High-temperature tensile properties of Cu-modified AlSi10Mg alloy fabricated by selective laser melting”發(fā)表于期刊《Journal of Alloys and Compounds》。

時效處理后,,Si納米顆粒和富Cu相在基體中彌散分布,。SLMed合金呈現(xiàn)出獨(dú)特的共晶網(wǎng)絡(luò)。200 ℃時,,合金表現(xiàn)出優(yōu)異的高溫拉伸性能,,抗拉強(qiáng)度為(327±2)MPa, 伸長率為(25.5±0.5)%;時效處理后,,合金強(qiáng)度進(jìn)一步提高,,抗拉強(qiáng)度達(dá)(381±3)MPa。但隨著溫度的升高,,兩種合金的應(yīng)變硬化現(xiàn)象逐漸減弱,,SLM時效試樣的強(qiáng)度增量逐漸減小,伸長率增量增大,。



高體積分?jǐn)?shù)Si納米顆粒附近的異常位錯積累促進(jìn)了GNDs的發(fā)展,,有助于200℃下的應(yīng)變硬化,。這種獨(dú)特的非均質(zhì)結(jié)構(gòu)不僅增加了Si納米顆粒附近位錯滑移的臨界分解剪應(yīng)力,并成為高應(yīng)力下有效和持續(xù)的位錯源,。由于Al2Cu相的亞穩(wěn)定轉(zhuǎn)變和Si納米顆粒的析出,,時效處理進(jìn)一步提高了合金的強(qiáng)度。


SLMed合金的織構(gòu)類型主要為Cube{001}< 100>,、Copper{112}<111>和P{011}<211>,。而在SLM時效合金中,S{123}<634>織構(gòu)的含量顯著增加,,成為主導(dǎo)織構(gòu)類型之一,。在較高的溫度下,Si納米顆粒和θ’相粗化削弱強(qiáng)化效果,。α-Al基體表現(xiàn)出連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶的軟化特性,。時效處理加速了動態(tài)再結(jié)晶過程,導(dǎo)致伸長率增加,。



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