超高速激光熔化掃描速度對(duì)Al-Mg-Sc高強(qiáng)鋁合金性能的影響前言 隨著高速列車、航空航天技術(shù)的快速發(fā)展，高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件逐漸向大型化、一體化及復(fù)雜化方向不斷發(fā)展。傳統(tǒng)的鋁合金制備方法存在加工周期長(zhǎng)、成本高、易出現(xiàn)缺陷等問(wèn)題。 激光熔化沉積技術(shù)作為增材制造工藝的一種，具有制備周期短、成本低、成形質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，成為高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件制備的重要手段之一。 超高速激光熔化沉積是一種新型增材制造技術(shù)，與傳統(tǒng)激光熔化沉積方法相比具有更高的加工效率。在超高速激光熔化沉積過(guò)程中，粉末于熔池上方發(fā)生熔化，僅少量粉末在熔池中熔化。
針對(duì)現(xiàn)有增材制造技術(shù)沉積效率低這一問(wèn)題，本文以超高速激光熔化沉積技術(shù)進(jìn)行Al-Mg-Sc高強(qiáng)鋁合金增材制造成形研究，探究沉積態(tài)組織與力學(xué)性能特征，分析掃描速度對(duì)組織、缺陷及力學(xué)性能的影響規(guī)律。 試驗(yàn)前準(zhǔn)備 以化學(xué)成分為Al-5Mg-0.5Sc-0.9Mn-0.35Zr-Si-0.6Ti-0.5Cu-0.25Cr（wt/%）的合金粉末為原材料進(jìn)行樣品制備。原料粉末形態(tài)接近球形（圖1（a）），粉末球形度為0.78。將粉末篩分至15～110μm，通過(guò)激光粒度儀對(duì)粉末粒度分布進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果為（圖1（b））。 激光熔化沉積設(shè)備其原理如圖1（c）所示。激光功率1500W，激光掃描速度分別為0.1、0.4、1m/s。
結(jié)果與討論 圖3為超高速激光熔化沉積增材制造Al-Mg-Sc合金樣品的掃描電鏡照片。 由圖3可看出，樣品內(nèi)部致密，無(wú)裂紋、夾雜或未熔合等缺陷存在，但存在少量尺寸在200μm以下的氣孔，且氣孔數(shù)量隨著掃描速度的增加明顯減少。
圖4為超高速激光熔化沉積Al-Mg-Sc鋁合金樣品EBSD表征結(jié)果。由圖4可看出，在不同掃描速度下，均由細(xì)小的等軸晶構(gòu)成，晶粒尺寸約10μm。工藝參數(shù)變化對(duì)晶粒形貌影響不顯著。
圖5～7是不同掃描速度下超高速激光熔化沉積Al-Mg-Sc合金成形樣品進(jìn)行EBSD分析得到的ODF圖，選取?2=0°、45°、90°織構(gòu)截面進(jìn)行分析?？梢钥闯鰭呙杷俣葹?.1m/s和0.4m/s的樣品有明顯的峰值，同時(shí)，樣品的織構(gòu)指數(shù)和強(qiáng)度僅略大于1，表明材料表現(xiàn)出一定但不明顯的各向異性，而掃描速度為1m/s的樣品中并沒有明顯的峰值，說(shuō)明其未有明顯的織構(gòu)取向。
圖8為超高速激光熔化沉積Al-Mg-Sc鋁合金樣品力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。由圖8可見，掃描速度與抗拉強(qiáng)度成正比例關(guān)系，在0.1m/s時(shí)樣品抗拉強(qiáng)度為250MPa，斷后伸長(zhǎng)率為13%；在1m/s時(shí)抗拉強(qiáng)度為303MPa，斷后伸長(zhǎng)率為22.5%，力學(xué)性能最好。隨著掃描速度增加，抗拉強(qiáng)度提升了21.2%，斷后伸長(zhǎng)率提升了73.1%。
圖9為三種掃描速度制備的 Al-Mg-Sc 鋁合金拉伸試樣的拉伸斷口形貌。由圖 9 可以看出，斷口形貌均表現(xiàn)為較深同時(shí)比較細(xì)密的韌窩，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的解理臺(tái)階以及撕裂棱。這表明不同掃描速度制備試樣的室溫拉伸斷裂機(jī)制均為塑性斷裂。
對(duì)力學(xué)性能最好樣品（掃描速度 1 m/s）的顯微 組織進(jìn)行了進(jìn)一步觀察，結(jié)果如圖10所示。由圖10可以看到，合金的顯微組織中有大量彌散分布的微米級(jí)顆粒。 表2為這些微米級(jí)顆粒的化學(xué)成分測(cè)試結(jié)果。
 結(jié)論 （1）超高速激光熔化沉積鋁合金顯微組織致密，組織呈現(xiàn)均勻的等軸細(xì)晶，樣品力學(xué)性能隨掃描速度變化，當(dāng)掃描速度較高時(shí)由于孔隙率較低的原因?qū)е铝W(xué)性能更好 ，此時(shí)最大抗拉強(qiáng)度為303 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為 22.5%。 （2）此通過(guò)ESCAAS軟件數(shù)值模擬研究激光掃描速度對(duì)力學(xué)性能的影響，表明較高的激光掃描速度能減少粉末材料的堆積，降低涂層孔隙率，可以提高力學(xué)性能，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。 CHENG FENG CHENG FENG 產(chǎn)品名稱：CF530i
流動(dòng)性（S/50g）：實(shí)測(cè) 75.95 松裝密度（g/cm3）：實(shí)測(cè) 1.36 SLM成型性能：抗拉強(qiáng)度- 560Mpa；屈服強(qiáng)度- 530Mpa；延伸率- 10% SLM選區(qū)激光熔化成型力學(xué)性能對(duì)比：
CF530i是一種專門應(yīng)用于增材制造的高強(qiáng)鋁合金粉末，合金中添加了 Sc 元素，不僅能夠顯著細(xì)化晶粒，提高再結(jié)晶溫度從而提高鋁合金的強(qiáng)度和韌性，而且能夠顯著改善鋁合金的可焊性、耐熱性、抗蝕性、熱穩(wěn)定性和抗中子輻射損傷，并且抑制熱裂紋的形成。
CF530i高強(qiáng)鋁合金粉末電鏡圖 參考文獻(xiàn)： 【超高速激光熔化掃描速度對(duì) Al-Mg-Sc高強(qiáng)鋁合金性能的影響】 文章編號(hào)：1005-5053(2024)01-0133-10 |
