AlSi10Mg铝合金激光熔化沉积显微组织及力学性能

为了提高同轴送粉激光熔化沉积技术AlSi10Mg铝合金的成形质量,文中通过单道扫描试验、块体成形试验和拉伸性能测试研究不同工艺参数下试样致密度、组织和性能变化趋势及原因,并进行优化.结果表明:试样成形质量受能量密度和扫描间距影响;拉伸性能可通过减少组织缺陷、增强固溶强化效果两种方式提高.工艺优化后,单道表面光滑,无球化现象,块体试样致密度良好,无大尺寸孔隙和裂纹,致密度提高至99. 2%;试样显微组织为具有定向快速凝固特征的Al-Si共晶形貌,存在胞晶、柱状树枝晶和发散树枝晶3种组织,随着冷却速率的增大,Si相在Al基体中的溶解度增加至7. 6%,固溶强化效果增强.因此,通过工艺参数优化可得到性能良好的激光熔化沉积AlSi10Mg试样,拉伸强度可达292 MPa,较铸件提高了33%.

3D打印AlSi10Mg铝合金内部缺陷聚类分析

使用3D打印机制备了15mm^3的AlSi10Mg铝合金正方体。然后使用高精度纳微米CT扫描该立方体内部的打印缺陷,提取出大于0.0001mm^3缺陷的构形和尺寸等属性。先后使用因子分析和K-means聚类处理提取出的数据样本。分析结果:CT扫描得到348个缺陷样本,提取样本的16种属性,用因子分析计算因子和综合得分,找出最严重的前20个缺陷。利用K-means聚类把348个缺陷样本分为4类,构建矩阵散点图对聚类结果进行验证分析,聚类结果可靠。

3D打印AlSi10Mg铝合金内部缺陷聚类研究

文章应用3D打印机,相应制备形成AlSi10Mg铝合金正方体作为铝合金块试样,进行打印缺陷扫描分析,提取出属性信息,并进行因子分析、K-means聚类处理,相应提取数据样本。旨在通过打印缺陷分析,切实探索AlSi10Mg合金3D打印缺陷的共同规律。本文针对3D打印AlSi10Mg铝合金内部缺陷聚类进行了分析和研究,仅供参考。

PREP工艺参数对3D打印用AlSi10Mg铝合金粉末性能的影响

利用等离子旋转电极雾化技术(PREP)制备了AlSi10Mg铝合金粉末,研究了电极棒转速、直径、等离子弧电流及雾化介质对粉末性能的影响。结果表明,粉末粒度随着电极棒转速与直径的增大而减小,粒度呈正态分布,主要集中在74~150μm。随着电流的增大,片状粉末增加,在电流为360A时片状粉末Si、Mg元素烧蚀严重。增大雾化介质中氦气比例,粉末冷却速度增加,粉末粒度略微细化。通过粉末扫描电子显微镜(SEM)形貌发现,粉末表面为发达的花瓣状胞状晶组织,后期可以增大氦气比例加快粉末冷却速度,得到表面更加光滑的球形粉末。

激光选区熔化成形AlSi10Mg铝合金粉末特性研究

增材制造技术是一种新型的成形技术,其优点在于无需机械加工或任何模具就可快速地将零件从数字模型制造成实体零件,从而缩短产品的研制周期,提高生产效率。激光选区熔化成形专用金属粉末作为增材制造技术最重要的原材料,有着自身独特的规律,粉末特性影响SLM工艺参数的制定。对SLM专用AlSi10Mg粉末特性进行研究(包括粉末化学成分、比表面积和粉末粒度分布等)的结果表明,SLM使用的金属粉末要求粒度小、粒度分布窄、球形度高、氧含量低和流动性好等。

热处理对激光粉末床熔融AlSi10Mg合金热物理性能的影响

采用激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,LPBF)法成功制备AlSi10Mg合金样品,研究130℃/4 h时效处理、236℃/10 h退火处理和540℃/1 h固溶处理三种热处理工艺对AlSi10Mg合金样品的微观组织的影响,以及热处理后AlSi10Mg合金在室温~400℃的温度范围内热膨胀系数和热导率演变规律。结果表明:时效处理后铝基体中析出球状的Si颗粒,仍然保留完整的网状共晶硅组织;退火后,网状共晶硅完全消失,球化Si颗粒均匀分布在基体中;固溶处理后出现大的块状Si颗粒,尺寸在1~3μm;经过热处理之后AlSi10Mg合金的热物理性能均优于打印态。退火处理后的合金样品在室温到400℃的热膨胀系数为1.64×10^(−5)~2.1×10^(−5)℃^(−1),平均热导率为179.6 W·m^(−1)·K^(−1),性能优于时效处理和固溶处理。

激光粉末床熔融成形AlSi10Mg铝合金复杂流道构件研究

采用激光粉末床熔融技术制备不同截面与截面尺寸的长直流道试样以及复杂流道产品。研究结果表明,当流道截面尺寸小于2 mm时,激光粉末床熔融成形后流道的收缩而对残余粉末进行挤压,这将导致流道内残余粉末难以完全清除。此外,随着流道截面的增大,圆形流道上表面结合处呈现出表面质量变差的现象,而屋脊形截面流道由于倾斜角度保持不变而呈现较好的成形质量及尺寸精度。激光深穿透至非成形区粉末是造成流道上部区域粘附粉末颗粒的重要原因,而通过磨粒流、高压气流及水流等方式可以对其去除。结果表明,基于激光粉末床熔融技术设计与成形的复杂流道散热元件经X射线检测和计算机断层成像检测均无裂纹及残余粉末,并通过了2 MPa压力、保压5 min的耐压检测。最后,初步构建了复杂流道类构件的“设计—成形—检测”一体化流程。

激光选区熔化AlSi10Mg铝合金激光熔化沉积连接区密集气孔缺陷特性以及缺陷消除方法

采用激光熔化沉积(LMD)工艺对激光选区熔化(SLM)成型的AlSi10Mg合金进行连接,对连接区进行X射线检测,检测结果显示连接区存在密集气孔。分析气孔形态、分布位置及其对试样力学性能的影响,并探寻消除该缺陷的方法。结果表明:密集气孔主要分布在基材与连接区交界的熔合线处,孔径为0~20μm,气孔在X射线底片上形成了水印现象;密集气孔在熔合线处的聚集导致该位置处的硬度远低于连接区和基材,从而影响了该处的力学性能;预热能够有效减轻该缺陷,使密集气孔均匀分散到整个连接区中,消除水印现象;预热试样的力学性能相比未预热试样显著提高,熔合线处的显微硬度为90.8 HV,抗拉强度为287 MPa(达到了基材的76.5%),较未预热试样分别提高了45%和19%;预热前后拉伸试样均为脆性断裂,预热提高了试样的延展性,延伸率达到5.0%。

原位表面改性的纳米WC/AlSi10Mg合金增强机制

采用静电自组装工艺合成-系列不同纳米WC含量的表面改性Al Si10Mg粉末,并使用激光选区熔化(SLM)技术制备纳米WC/AlSi10Mg复合材料。结果表明,SLM制备的纳米WC/AlSi10Mg材料中形成多种Al-W金属间化合物相,通过(002)(α(Al))//(104)Al_(5)W的取向关系,证实具有4.7%的低晶格失配度的Al/Al5W可形成良好共格界面。纳米WC颗粒和Al-W相可促使柱状晶转变为等轴晶,获得精细的等轴晶组织。同时,SLM制备的3%(质量分数)纳米WC/Al Si10Mg复合材料具有最优的力学性能,抗拉强度为(464.1±8.68) MPa,伸长率为(5.6±0.95)%。此外,与其他WC/AlSi10Mg复合材料相比,SLM制备的3%WC/AlSi10Mg样品的平均摩擦因数和磨损率最低,分别为0.429和3.842×10^(-5)mm^(3)/(N·m)。力学和磨损性能的提升主要归因于晶粒细化和第二相析出强化作用。

基于粉末床技术的增材制造AlSi10Mg合金研究进展

基于粉末床技术的增材制造AlSi10Mg合金,因其快速制造、设计灵活性高、成本低等优势,在汽车和航空航天等领域具有广泛的应用前景。然而,由工艺参数不当引起的孔隙和裂纹等缺陷,以及与熔池相关的独特微观结构,仍然影响打印部件的性能,这是激光选区熔化(SLM)面临的主要问题之一。而在电子束选区熔化(EBM)制造AlSi10Mg合金中,元素蒸发导致的强度下降是其主要问题,且技术应用较少。本文对SLM和EBM两类技术在AlSi10Mg合金中的应用现状和难点问题进行了总结与对比,两类技术所制造的打印部件在组织和性能上呈现出明显的差异。求解工艺−组织−性能之间的关系,以及开发增材制造技术(AM)专用合金粉末体系,是SLM和EBM技术打印AlSi10Mg合金共同面临的挑战,因此有必要进行综合考虑。同时,针对这些问题,本文讨论了未来的研究方向与发展趋势。

固溶处理对激光选区熔化AlSi10Mg合金显微组织、拉伸性能和残余应力的影响

利用光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉伸实验和拉曼光谱仪研究固溶处理对激光选区熔化AlSi10Mg合金的显微组织、拉伸性能和残余应力的影响规律。结果表明:沉积态合金组织细小,强度较高,但存在明显的各向异性和较大的残余拉应力。直接人工时效后,抗拉强度和屈服强度均明显提升,但熔池和共晶硅的形貌与沉积态合金基本相同。固溶处理可以显著改善组织和拉伸性能的各向异性,彻底消除残余拉应力,但导致组织粗化,合金的抗拉强度和屈服强度仅为沉积态的50%左右。在固溶处理的基础上进行人工时效,合金的组织特征、各向异性和残余应力情况无明显变化,抗拉强度和屈服强度分别达到330 MPa和270 MPa,断后伸长率约为10%~11%。人工时效后强度的提升主要得益于GP区的析出。

激光功率对选区激光熔化成形CeB_(6)/AlSi10Mg力学性能的影响

用选区激光熔化成形方法在不同激光功率下制备了CeB6/AlSi10Mg合金,借助激光共聚焦检测仪、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和万能试验机研究了合金表面的显微组织、粗糙度、致密度和力学性能。结果表明:当激光能量密度为64.81 J/mm3时,合金表面的显微组织缺陷最少,三维表面粗糙度最小,致密度最大。添加CeB6有利于提高合金的微结构。在合适的成形参数下,添加CeB6的AlSi10Mg合金的抗拉强度明显高于未添加的AlSi10Mg合金。

汽车用AlSi7Mg铝合金的压铸工艺研究

采用不同的浇注温度和模具预热温度进行了AlSi7Mg铝合金试件的压铸,进行了试验件的力学性能测试和X射线无损分析。结果为:当浇注温度为700℃时,随着模具预热温度从150℃增加到350℃,试件的强度呈现先增加后减小的趋势。模具预热温度250℃的试件的抗拉强度达到最大值240.74MPa,屈服强度182.71MPa。当模具预热温度为250℃时,随着浇注温度从680℃升高至720℃,试件的强度同样呈现为先增加后减小的趋势。在其他压铸参数相同的条件下,在模具预热温度250℃时700℃浇注的AlSi7Mg铝合金压铸试件经过X射线无损探伤并未观测到明显缺陷。

真空气雾化法制备AlSi10Mg粉末参数优化及打印态组织性能研究

目的探究利用真空气雾化法制备AlSi10Mg球形粉末过程中各参数对粉末质量的影响,以得到最佳的制粉工艺参数。以制备的粉末进行增材制造,研究块体组织及其力学性能。方法针对制备的球形粉末,采用扫描电镜(SEM)观察粉末的球形度及其内部组织。通过分析球形粉末的平均粒径与粒度分布区间总结最优制粉参数。针对以球形粉末增材制造出的沉积态样品,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)研究其微观组织形貌并通过拉伸试验研究其力学性能。结果真空气雾化法制备出的粉末表面光洁且球形度良好,同时粉末平均粒径随雾化压力的增大呈现先减小后增大的趋势并在4.0 MPa时粒径最小,且与环孔喷嘴相比,环缝喷嘴制备出的粉末粒径更小。粉末内部组织由胞状晶与树枝晶构成。通过SLM制备的沉积态样品组织以沿沉积方向的枝晶为主,该样品的力学性能较优异,断裂方式主要为沿晶断裂。结论在使用真空气雾化法制备增材制造用球形粉末时,应选择4.0 MPa的气雾化压力并选择环缝喷嘴,方能得到质量最佳的球形粉末。

扫描策略对激光熔融AlSi10Mg合金制件组织性能的影响

采用单向扫描、双向扫描、交叉扫描和双向单通道层旋90°扫描四种扫描策略与SLM工艺参数:激光功率、扫描速度、扫描间距、铺粉厚度进行正交组合,对AlSi10Mg合金制件的表面形貌、显微硬度、密度和力学性能进行研究。结果表明:孔隙率是降低表面粗糙度的主要原因;采用交叉扫描策略改善了制件的表面质量,使制件显微硬度达到了231.44 HV,但能量密度与显微硬度呈现负相关;扫描策略对密度影响较为显著,高重叠率扫描策略得到的试件密度高于低重叠率扫描策略;相同扫描策略下,制件的力学性能与能量密度呈正相关。极差和方差分析结果显示,激光功率和铺粉厚度是主要的影响因素。扫描策略的加入,成功控制了选择性激光熔融AlSi10Mg合金制件的孔隙率,提高试件的表面质量和力学性能。

Sr+Er复合变质对AlSi10MnMg合金微观组织、导热及力学性能的影响

本工作以AlSi10MnMg为基础合金,通过添加Sr、Er的方法对合金进行复合变质处理,研究不同添加量下Sr、Er对AlSi10MnMg合金微观组织、导热性能、力学性能的影响规律,力图实现AlSi10MnMg合金导热、力学性功能一体化。结果表明:在金属型铸造工艺下,添加Sr能够有效改善合金中共晶Si形貌,在此基础上添加稀土元素Er能够在改善共晶Si形貌的同时进一步细化共晶Si。此外,Sr、Er能够细化AlSi10MnMg合金中α-Al的二次枝晶间距,进而提升合金的导热性能及力学性能。当添加0.05%Sr+0.3%Er时,合金变质效果及性能提升最显著,相比未变质的合金,其二次枝晶间距降幅达到67.3%,共晶Si长宽比降幅达到46.1%。性能方面,合金导热率提升17.4%,达到179.32 W/(m·K);磨损性能提升11.2%;抗拉强度提升34.58%,达到221.96 MPa;伸长率提升104.48%,达到15.97%。

激光熔覆工艺参数对AlSi10Mg涂层气孔及性能的影响

文中利用激光熔覆技术在ZL205A铝合金表面制备了AlSi10Mg涂层,研究了送粉速率和扫描速度对熔覆层气孔缺陷的影响,采用光学显微镜观察涂层的微观结构,利用显微硬度计和摩擦磨损试验机对熔覆层的性能进行检测。结果表明,涂层中的气孔沿着马兰戈尼对流的方向分布,低送粉速率和较快的扫描速度可以控制涂层的孔隙;涂层底部为柱状晶,中部为柱状晶向胞状晶的过渡区,顶部区域主要为胞状晶;显微硬度最高的涂层耐磨性也显著提升。

选区激光熔化成形AlSi10Mg合金微观组织与力学性能研究

在不同激光能量密度下采用选区激光熔化技术(selective laser melting,SLM)制备了AlSi10Mg合金,分析了SLM成形合金的微观组织、成形缺陷和力学性能。结果显示:SLM成形AlSi10Mg合金时,沿激光扫描方向熔池呈不规则椭圆形,沿成形方向组织呈不规则鱼鳞状分布,相互堆叠。随激光能量密度增大,成形合金的孔隙率减小,致密度增大,拉伸性能更好。当激光能量密度为54 J/mm^(3)时,SLM成形合金的抗拉强度为418.9 MPa,伸长率为20.5%。不同激光能量密度下,拉伸断口形貌均呈现脆性和韧性的混合断裂特征。

选区激光熔化成形AlSi10Mg合金力学性能稳定性研究

采用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术在X、Y、Z 3个成形方向上批量生产了AlSi10Mg合金棒状试样,热处理后对所有试样进行室温拉伸性能测试,并对屈服强度和伸长率等主要拉伸性能指标进行统计分析,研究采用SLM技术在X、Y、Z 3个方向成形的AlSi10Mg合金力学性能稳定性。研究结果表明:不同方向成形的试样经热处理后力学性能差异较小,伸长率和屈服强度均表现出较小的离散;各个方向成形试样的屈服强度和伸长率满足正态分布,并且在正态分布概率密度函数曲线中均表现出以均值为中心的较高程度的集中;采用SLM技术制备的AlSi10Mg合金,成形参数和热处理工艺控制得当时,可以有效地缓解力学性能的各向异性,使X、Y、Z 3个方向成形试样的力学性能具有较高的稳定性。

AlSi10Mg合金电子束选区熔化成形工艺及组织成分研究

采用电子束选区熔化(electron beam selective melting,EBSM)成形技术制备AlSi10Mg试样,主要研究了工艺参数对AlSi10Mg合金成形形貌的影响及成形过程中合金成分的变化。结果表明,当电子束束流为4 mA,扫描速度为1000 mm/s时,可获得缺陷较少、组织均匀的AlSi10Mg合金件。在EBSM成形AlSi10Mg过程中,会出现Mg元素烧损现象,最终导致EBSM成形件Mg元素含量降低。