激光选区熔化Al-Mg-Zr合金制备及其组织性能分析

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bgnjqw
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激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)是制备较高强度铝合金的重要技术,而目前适用于SLM成形技术的铝合金种类有限,商业化铝合金主要是Al-Si系合金,如Al Si10Mg,但强度和延伸率并不理想。部分通过稀土Sc改性铝合金能获得高的强度和延伸率,但昂贵的Sc阻碍了其大规模应用。一种SLM专用的牌号为Addalloy的Al-Mg-Zr合金的拉伸强度(<400MPa)与Al-Si系合金相当,延伸率较高(>20%),其强度的提高还有待进一步探究。本课题基于SLM技术,设计并制备一种中高强度新型轻质Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金,同时制备Al-3.54Mg-0.39Zr合金用于性能对比分析。主要研究内容与结论如下:首先,研究扫描速度和扫描间距对Al-3.54Mg-0.39Zr合金和Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金成形质量的影响规律,为获得合适的SLM工艺参数区间。其它SLM参数不变,Al-3.54Mg-0.39Zr合金和Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金实际密度皆随扫描速度的增加而呈下降趋势。在低扫描速度下,扫描间距对成形质量的影响不明显。适合Al-3.54Mg-0.39Zr合金与Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金工艺窗口为:激光功率160 W,扫描速度200~400 mm/s,扫描间距40~60μm,层厚40μm。其次,在合适的SLM工艺参数下成形Al-3.54Mg-0.39Zr合金与Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金试样,对其打印态合金的相结构、金相形貌以及力学性能等方面作对比分析。在光学显微镜中观察到Al-3.54Mg-0.39Zr合金,Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金金相中的熔池堆叠形貌,且Al-3.54Mg-0.39Zr合金出现裂纹。在XRD图谱中观测到Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44M合金中形成Mg2Si相,Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金中合金化元素种类和质量分别增多,能够形成更多强化相,因此Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金中α-Al衍射峰相对于Al-3.54Mg-0.39Zr合金有明显的偏移。进一步合金化后,由于沉淀强化和固溶强化,Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金拉伸强度和屈服强度皆高出Al-3.54Mg-0.39Zr合金约100%,延伸率高出约44%,Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金拉伸强度和屈服强度可达428 MPa和285 MPa,延伸率为11.5%。最后,研究Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金时效后显微形貌,分析时效热处理前后Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金的相结构、力学性能和断口形貌。SEM下观察发现,Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金显微组织形貌由重熔熔池边界粗等轴晶区、熔池边界细等轴晶区和熔池柱状树枝晶区构成。时效热处理消除了Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金的硬度方向性,Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金在375℃/6 h时效处理后的X-Y向与Z向的显微硬度趋于一致。在375℃/6 h时效处理后,Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金拉伸强度及屈服强度分别提高了约4.8%和9.8%,其拉伸强度及屈服强度分别为448 MPa、313 MPa,延伸率为11.0%。325℃/6 h时效后的强度和延伸率与打印态并无明显差异,即Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金在6 h时效时长不变下,其时效温度应高于325℃。Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金打印态和时效态的拉伸断口均呈现韧窝断裂模式,375℃/6 h时效后的Al-7.08Mg-0.48Zr-1.26Si-0.44Mn合金拉伸断口中发现类似硬质点颗粒相,时效析出硬质点相阻碍合金塑性变形,是合金强化的重要因素。
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