激光熔化沉积AlSi10Mg铝合金修复层的组织与性能

采用激光熔化沉积AlSi10Mg铝合金涂层对6061铝合金进行修复,研究了激光功率(1200~2000 W)和扫描速度(8~16 mm·s^(-1))对修复层相对密度的影响,分析了致密性最好的修复层的物相组成、显微组织、残余应力、显微硬度及拉伸性能。结果表明:随着激光功率或扫描速度的增加,修复层的相对密度均基本呈先增加后减小的趋势,当激光功率为1800 W、扫描速度为12 mm·s^(-1)时,相对密度最高,为99.57%。修复层包含粗枝晶区域和细枝晶区域,显微组织为胞状共晶组织,由柱状枝晶和等轴枝晶组成;共晶硅相离散分布在α-Al相基体中,同时还存在少量Mg_(2)Si沉淀相。修复层的显微硬度在96~136 HV,高于6061铝合金基体,残余拉应力为83~116 MPa;修复试样拉伸断裂位置为修复区域,抗拉强度达到了基体的98.4%,断后伸长率与基体相当,断口表面存在韧窝、解理面、孔洞等特性,断裂机理为韧脆混合断裂。

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。

钛含量对激光增材AlSi10Mg合金组织和性能的影响

通过调整钛元素的添加量研究了钛含量对激光选区熔化成形Al Si10Mg合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,添加3wt%钛元素使得AlSi10Mg屈服强度和抗拉强度分别提高15%和8.3%。这归因于钛在铝基体中的固溶强化以及形成纳米Al3Ti。快速凝固过程提高了钛在铝基体中的固溶极限,且显著降低了Al3Ti的尺寸。在晶粒内部分布、与基体保持良好共格关系的纳米Al3Ti能够在提高强度的同时保持良好的塑性。但是未完全熔化的钛合金粉末会导致材料的塑性下降。

工艺参数对选区激光熔化成形AlSi10Mg合金缺陷的控制与分析

研究了选区激光熔化(SLM)AlSi10Mg合金工艺参数对组织性能的影响,在不同工艺参数下成形了AlSi10Mg合金试样。结果表明,激光功率350 W是最佳热输入,可以将成形过程中的热毛细对流及表面张力控制在对合金质量最有利的状态。扫描间距为0.09 mm是熔池搭接率最佳的参数,既可以使足够的液相进入重叠区,又可以将重叠区的多次热影响所造成的缺陷降至最低。在激光功率350 W、扫描间距0.09 mm下成形试样的致密度最高(为99.2%),缺陷最少。试样的综合力学性能最好,抗拉强度为495.02 MPa,延伸率为9.675%,显微硬度为135.67 HV。

热处理对选区激光熔化成形AlSi10Mg合金显微组织及力学性能的影响

采用选区激光熔化成形法制备Al Si10Mg合金,然后分别进行退火、固溶以及T6处理,研究热处理工艺对合金显微组织与力学性能的影响,优化其热处理工艺。结果表明:选区激光熔化成形Al Si10Mg合金的物相主要为α-Al基体和共晶Si。共晶体组织[α-Al+单质Si]在α-Al基体上呈连续网络状分布。XOY和XOZ截面的组织均有粗晶区、细晶区和热影响区。经退火处理后,连续网络状分布的共晶Si发生部分溶解和断裂,合金的强度降低,但硬度略微升高。经T6处理后,共晶体呈规则几何形状零散地镶嵌在α-Al基体上,合金的抗拉强度下降,但屈服强度略有提升,塑性明显增强。综合比较,T6处理更适合作为选区激光熔化成形Al Si10Mg合金的后续热处理。

AlSi10Mg合金选区激光熔化成形参数的选择

选区激光熔化成形技术常用于复杂构件的制造,其成形件的力学性能甚至优于热处理后传统铸造件的。在选区激光熔化成形过程中,易出现球化等缺陷,会降低零件的致密度和力学性能,进而影响产品的使用。以AlSi10Mg合金为例,从材料、设备及工艺等参数选择的角度对如何减少合金选区激光熔化成形件球化现象、提高致密度进行了分析。结果表明,氧含量低和粒度小的粉末颗粒可减少球化现象,选择合适的工艺参数,可提高零件的致密度。

热处理对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金中共晶硅形貌与分布的影响

通过激光选区熔化(SLM)技术制备AlSi10Mg合金,分析了沉积态合金的显微组织,研究了3种热处理工艺(T6、T2、T6+T2)对共晶硅形貌和分布的影响。结果表明:沉积态合金表面熔池由中心向边界依次为细晶区、粗晶区和重熔区,合金中共晶硅呈短纤维状,尺寸为纳米级;热处理前后,AlSi10Mg合金均由铝、硅以及Mg2Si相组成;热处理后共晶硅分布更加均匀,组织均匀性提高;沉积态合金依次经T6,T2工艺处理后,其共晶硅的硅元素含量增加,共晶硅纯度提高。

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。

AlSi10Mg铸造铝合金化学导电氧化工艺研究

某型号零部件水冷板采用3D打印成型加工的AlSi10Mg铸造铝合金,零部件表面处理工艺的特殊性,再加上该零件多孔、内部有很多密闭的腔体,采用常规的表面处理技术,难以满足零件表面特殊的性能需求。为了探究该零部件的表面防护工艺,对试样进行了导电氧化处理,之后对宏观照片和SEM微观形貌进行了分析;并对导电氧化处理后的试样进行了电化学测试和盐雾腐蚀试验测试,进而对极化曲线、腐蚀电位等试验参数进行了分析。结果表明:采用合适的导电氧化工艺可以明显提高AlSi10Mg铸造铝合金的耐蚀性,满足零件特殊环境使用需求。

AlSi10Cu2Mg合金的半固态触变成形

结合汽车零件所用的材质 ,研究了AlSi10Cu2Mg合金的半固态坯料制备、部分重熔及空压机连杆的半固态触变挤压铸造成形 。

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。

激光选区熔化2024改性AlSi10Mg合金

本文首先制备了含有1.5%(质量分数)TiC的2024铝合金粉末,并将其加入AlSi10Mg合金粉末中,形成AlSi10Mg-2024(TiC)混合粉末,然后采用激光选区熔化工艺对混合粉末成形,并对其沉积态和T6热处理态的显微组织及力学性能进行了表征。结果表明:激光选区熔化过程中2024铝合金中的TiC颗粒可作为异质形核点,促进Al形核,进而抑制粗大柱状晶的形成,显著细化铝合金的显微组织,并弱化了〈100〉//BD(Build direction,生长方向)丝织构的形成。经过T6热处理(520℃固溶2 h,190℃时效10 h)后,AlSi10Mg-2024(TiC)合金仍保持较高的力学性能,抗拉强度达到400 MPa。而经T6热处理后AlSi10Mg合金的强度仅为260 MPa。这是因为添加2024合金可以引入Cu元素,在时效过程中析出第二相粒子,强化铝合金基体。另外,时效过程中析出的纳米Si颗粒也可对T6热处理后的AlSi10Mg-2024(TiC)合金起到一定强化作用。

粉体性能及选区激光熔化打印工艺对AlSi10Mg合金致密化行为的影响

本研究重点探索了AlSi10Mg合金的粉体性能以及选区激光熔化(SLM)打印工艺对AlSi10Mg合金粉体致密化行为的影响。通过对两种粒度组成不同的球形AlSi10Mg合金粉体在选区激光熔化(SLM)工艺过程中致密化行为的研究,发现AlSi10Mg粉体粒度组成对SLM打印过程中的致密化程度有关键性影响:粗粉含量较高,更有利于较高致密度的SLM打印件的制备。通过选取上述两种粉体中SLM打印性能较高的AlSi10Mg粉体,采用Box-Behnken响应曲面实验设计系统探索了SLM工艺参数对打印件致密度的影响规律,获得了SLM打印工艺参数与打印件相对密度的定量关系模型。研究发现,SLM打印参数中对AlSi10Mg合金相对密度的影响程度从大到小依次为:激光功率、扫描速度、扫描间距;当激光功率为375 W、扫描速度为2 000 mm/s、扫描间距为50μm时,AlSi10Mg打印件的相对密度值可达到98.26%,抗拉强度可达487 MPa。

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%.

搅拌摩擦加工对选区激光熔化AlSi10Mg合金纳米力学行为的影响

使用搅拌摩擦加工(FSP)技术对选区激光熔化制备的AlSi10Mg合金进行表面改性,采用循环纳米压痕技术研究了循环载荷下FSP对材料的纳米力学行为的影响。结果表明,FSP可以显著改善SLM-AlSi10Mg合金的组织均匀性,使得晶粒转变为更为细小的等轴晶晶粒,降低其弹性模量和接触硬度。随着循环次数的增加,材料的接触硬度不断降低,但弹性模量基本不变,主要是由于尺度效应引起的。与BM试样相比,FSP试样的塑性抗力H_(T)显著降低,在循环过程中塑性应变能普遍偏高。FSP试样的滞后回线面积和塑性变形区远大于BM试样,进一步表明FSP可以改善材料的塑性。

选区激光熔化AlSi10Mg合金不同温度原位拉伸变形行为及断裂机理研究

为了提高选区激光熔化AlSi10Mg合金在航空航天领域的应用,基于自主研发的原位SEM高温拉伸台,本文对比分析了原位拉伸非校准样品的选区激光熔化AlSi10Mg合金在室温、200、300℃条件下的力学性能与显微组织动态演化,并总结了断裂机理。结果表明,选区激光熔化AlSi10Mg合金的显微结构由α-Al基体、共晶Si和大量的气孔组成,且共晶Si呈连续网格状均匀分布在α-Al基体上。随着温度的升高,选区激光熔化AlSi10Mg合金的强度降低。屈服强度从室温的207 MPa降低到300℃时的52 MPa,极限抗拉强度从室温的304 MPa降低到300℃时的71 MPa,延伸率则随温度的升高而增大,从室温的7.4%增大到300℃时的59.5%。室温拉伸过程中试样并未出现明显的颈缩现象,而是随着温度的升高,试样的颈缩现象逐渐明显,表明试样经历了更加充分的塑性变形,并且随着温度的升高,试样的断裂位置越来越偏离标距段中心。通过对试样变形行为的研究发现,200℃时,变形主要集中在晶内,发生晶内滑移;而300℃时滑移主要集中在晶界,导致晶界滑移。由于试样表面及内部存在大量缺陷,因此,室温下选区激光熔化AlSi10Mg合金的断裂机理为熔池边界的组织突变结合孔洞连通造成的准解理断裂。随着温度的升高,由于初始孔洞边缘的应力集中产生新的孔洞形核,新形核的孔洞与相邻孔洞相连通,导致试样的最终断裂。

激光增材制造AlSi10Mg合金的力学性能研究进展

增材制造是近几十年发展起来的一种先进金属件近净成形技术,具有低能耗、短周期、高柔性、低成本等显著优势,已成为先进装备领域的前沿制造技术之一.与传统铸造相比,增材铝合金具有相当甚至更优的力学性能.然而,相关质量评估标准缺乏和疲劳性能分散性较大等问题限制了其在重大工程装备中的应用.重点以选区激光熔化成形的Al Si10Mg合金为对象,从“制造工艺—仿真模拟—性能评价”角度,系统分析了增材制造工艺参数、建造方向和热处理制度等几个重要因素对铝合金微观结构及力学性能的影响,总结了增材热力学过程模拟与力学性能的相关仿真研究现状,重点探讨了目前增材制造铝合金力学性能评价的国内外进展,并进一步归纳了基于组分调控提升铝合金力学性能的相关研究结果,最后对其发展趋势进行了展望.

SLM成形AlSi10Mg合金的组织与力学性能

在激光功率450 W、扫描速度3800 mm/s、扫描间距60 μm、层厚30 μm条件下,SLM成形了AlSi10Mg试样,用XRD、OM和SEM分析了其相组成与微观组织,并测试了室温硬度和拉伸力学性能。结果表明,试样组织主要由Al基体、Si相和少量的Mg2Si相组成。横截面主要由大小均匀“带状”条纹构成,条纹中可分为三个区域:内部细晶区、热影响区、边界粗晶区;纵截面由大小不均的“U形”条纹构成,条纹间界限明显,条纹中分为两个区域:内部等轴晶区、边界柱状晶区。该参数下得到的试样综合力学性能优异,抗拉强度、屈服强度和伸长率分别达到470 MPa、327 MPa和8.0%。

热处理工艺对增材制造AlSi10Mg合金组织与力学性能的影响

对比研究了增材制造Al Si10Mg合金与传统铸造ZL104合金的化学成分、组织与力学性能,研究了退火温度、退火时间对增材制造Al Si10Mg合金组织与力学性能的影响。结果表明,当对增材制造Al Si10Mg合金进行T1(180℃×12 h,空冷)和T2(230~250℃×2 h,空冷)处理时,力学性能满足Rm≥380 MPa,A≥8%的要求。

激光选区熔化3D打印AlSi10Mg合金的铺粉厚度

基于铺粉厚度优选出的3个工艺参数组合,分析了工艺参数组合对激光选区熔化技术成形AlSi10Mg合金试样基本性能的影响。3个工艺参数组合成形的试样硬度均高于63HRB,上表面单位面积磨损量均低于1.5×10^(-5) g/(s·mm^(2)),孔隙率在0.05%以下,抗拉强度高于440 MPa,成形的测试试样尺寸误差均在±0.1 mm以内。试样上表面的表面粗糙度Ra在4μm以下,侧表面的表面粗糙度Ra在5μm以下。铺粉厚度30μm的试样表面质量最优。