【摘 要】
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ZL114A铝合金具有低密度、比强度高、耐高温等优点,被广泛应用于国防军工、航天航空等领域。不同于传统的铸造方法,激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）技术具有成形效率高、可制造形状复杂且尺寸精度较高的零部件等优点。然而,由于ZL114A铝合金具有易氧化、激光反射率高、热导率大等特性,在SLM成形过程中容易出现孔洞、裂纹及粗大柱状晶等问题,SLM成形件力学性能偏低,
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ZL114A铝合金具有低密度、比强度高、耐高温等优点,被广泛应用于国防军工、航天航空等领域。不同于传统的铸造方法,激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）技术具有成形效率高、可制造形状复杂且尺寸精度较高的零部件等优点。然而,由于ZL114A铝合金具有易氧化、激光反射率高、热导率大等特性,在SLM成形过程中容易出现孔洞、裂纹及粗大柱状晶等问题,SLM成形件力学性能偏低,而添加陶瓷颗粒Ti B2可以改善ZL114A铝合金的SLM成形件力学性能。因此,本文通过球磨工艺制备Ti B2/ZL114A复合粉末,采用SLM成形试样,研究了Ti B2的添加含量、SLM成形工艺参数、热处理工艺（退火和时效）等对SLM成形Ti B2/ZL114A合金显微组织与力学性能的影响,获得主要结论如下:球磨转速为150 r/min,球磨时间为4 h时可制备出ZL114A铝合金粉末球形度良好且Ti B2颗粒均匀分布于铝合金粉末表面的Ti B2/ZL114A复合粉末,并通过SLM成形Ti B2/ZL114A合金。添加1wt.%Ti B2颗粒可提升SLM成形ZL114A合金的致密度,成形质量更好,孔洞明显减少,1wt.%Ti B2颗粒可作为晶粒细化剂和增强相,1wt.%Ti B2试样的平均晶粒尺寸细化至5μm以下,维氏硬度从102.6 HV提升至109.1 HV,抗拉强度由366.2 MPa提高至386.7 MPa,延伸率从8.3%提高至11.5%;2wt.%Ti B2试样组织中富集而成的长条带状Si相割裂了Al基体,且组织内部Ti B2颗粒发生团聚长大现象,导致试样内部存在大量的孔洞缺陷,试样的致密度和力学性能下降。确定了SLM成形Ti B2/ZL114A合金的最佳工艺参数:激光功率400 W,扫描速度2000 mm/s,扫描间距0.09 mm,铺粉厚度0.05 mm。该工艺参数下,成形过程中粉末完全熔化,熔池液相的流动性和润湿性较好,试样内部不易产生不规则孔洞和球形孔洞等缺陷,试样致密度高达99.8%。体能量密度为44J/mm~3时,SLM成形Ti B2/ZL114A合金的显微组织主要由α-Al基体和共晶Si以及沿晶界和晶内析出的Si相组成,随着体能量密度上升至92.5 J/mm~3,晶界处析出的Si相形貌由短棒状逐渐富集长大演变为条状,晶内析出的颗粒状Si相也更多。最佳工艺参数下试样的维氏硬度由109.1 HV提升至114.6 HV,抗拉强度由386.7 MPa提高至411.7 MPa,屈服强度由226.3 MPa提高至259.2 MPa,延伸率为11.7%。经退火处理的试样组织中析出的颗粒状Si相发生富集长大,晶粒粗化使得试样的强度下降,塑性提升。320℃/3 h退火态拉伸试样的抗拉强度、屈服强度分别降至211.3 MPa、137.2 MPa,而延伸率提高至22.8%,拉伸断口表面存在大量等轴韧窝,且其韧窝更深更大;经时效处理的试样组织中析出了许多细小的弥散强化相,这些弥散强化相分别为短柱状Si相、针状β"相和短杆状β’相。170℃/12 h是本试验条件下较好的热处理工艺参数,170℃/12 h时效处理后试样的硬度和强度均显著提高,试样的维氏硬度提升至131.7 HV,抗拉强度和屈服强度分别提升至486.9 MPa、338.6 MPa,伸长率降至8.7%。
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