【摘 要】
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激光熔化沉积法制造的铝合金零件具有零件成形好,质量轻等诸多优势,在航空航天及军事领域有着大量应用。但因为增材制造铝合金存在着对激光高反射性、孔隙缺陷严重等问题,制约了其在以上领域中的发展。因此,本文以Al-Mg-Sc-Zr高强铝合金为研究对象,对沉积工艺参数协同优化、外力场辅助以及后续热处理对微观组织演变、缺陷衍生行为以及力学性能的影响等开展系统研究工作。本文的主要工作内容及成果包括:研究了LMD
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激光熔化沉积法制造的铝合金零件具有零件成形好,质量轻等诸多优势,在航空航天及军事领域有着大量应用。但因为增材制造铝合金存在着对激光高反射性、孔隙缺陷严重等问题,制约了其在以上领域中的发展。因此,本文以Al-Mg-Sc-Zr高强铝合金为研究对象,对沉积工艺参数协同优化、外力场辅助以及后续热处理对微观组织演变、缺陷衍生行为以及力学性能的影响等开展系统研究工作。本文的主要工作内容及成果包括:研究了LMD制备Al-Mg-Sc-Zr合金过程中,激光功率、扫描速度、送粉速率等重要工艺参数对合金沉积件致密度、宏观形貌、微观组织及综合力学性能的影响规律,得到了适合成形的工艺参数窗口。激光功率、扫描速度、送粉速率分别为3000 W、10 mm/s、2.5 g/min。此工艺下Al-Mg-Sc-Zr合金试样屈服强度、抗拉强度、延伸率分别为248 MPa、430 MPa、18.4%。对比了不同外部物理场对激光熔化沉积成形Al-Mg-Sc-Zr合金的组织性能影响。发现:较高的凝固冷却速率使沉积试样中的全等轴晶粒结构向非均匀晶粒结构转变。20KHz超声辅助成形制备的沉积试样中存在大气孔,未能显著提升合金力学性能。对致密度低的沉积试样进行轧制实验,发现随着压下量的增加,气孔缺陷明显闭合。合金硬度和强度随压下量的增大线性增加。通过实验获得了时效处理对Al-Mg-Sc-Zr合金沉积体的影响规律。分析发现:在330℃×2 h时效工艺条件下,得到了合金沉积体最优的力学性能结果,即:抗拉强度、屈服强度分别为445 MPa和260 MPa,延伸率15.8%。与未时效试样相比,抗拉强度和屈服强度分别提升了19.9%和18.7%。
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