发布日期：2024-04-20 07:34 点击次数：169
0. 小引加拿大pc28
增材制造由于具有快速制造、无模成形、材料独揽率高级优点成为当今航空航天范围结构轻量化及复杂零部件制备的重要时代[1]。其中,激光选区融解（SLM）时代是贫窭的金属材料增材制造时代,该时代以激光手脚能量源,按照三维接洽机赞助联想（CAD）切片模子中缱绻的旅途,对金属粉末进行逐层扫描,使粉末融解、凝固从而达到冶金聚拢的后果,最终取得联想的金属零件[2]。SLM成形具有成形件尺寸精度与考究度高及力学性能好等优点,成为频年来航空航天范围增材制造时代的重心发展标的[3-5]。
铝合金因密度低、比强度高、耐腐蚀及易导电导热等优良特质成为民用航空范围宽泛应用的金属材料[6]。频年来,国表里针对激光选区融解铝合金联想开荒、颓势形成与截止及力学性能调控等方面开展了大齐议论使命,其中以空客Al-Mg-Sc-Zr合金为代表的高强铝合金SLM成形受到了宽泛柔和[7-11]。为保险结构件使役进程中的安全性,SLM成形件显微组织与力学性能的均匀性亦然民用航空范围的柔和视心。陈琨等[12]议论发现,SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金在静力拉伸进程中,横向强度略高于纵向,存在静力学性能各向异性。QIN等[13]议论发现,SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金的疲顿极限呈现出昭着的各向异性,横向疲顿极限约为纵向的2倍。WANG等[14]议论发现,SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金横向的断裂韧性优于纵向试样,这主要归因于横向与纵向微不雅结构的不同。激光选区融解成形件垂直于千里积标的和平行于千里积标的的微不雅结构存在昭着各别,永劫期打印进程中激光系统与风场不踏实等要素也会酿成不同成形高度的组织、颓势不同,从而导神勇学性能的各向异性。针对民用航空对高强铝合金薄壁件组织与性能均匀性的需求,作家议论了SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金薄壁件不同区域的显微组织、力学性能,分析了其组织与性能的均匀性。
1. 试样制备与纯熟圭表
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纯熟原料为Al-5.0Mg-0.7Sc-0.4Zr合金粉末,粒径在15~53 μm。聘用BLT-S310neo型激光选区融解成形成立在AlSi10Mg合金基板上进行薄壁件成形,激光光斑直径为100 μm,保护气体为氩气（纯度为99.99%）,激光功率为350 W,扫描速率为1 200 mm·s−1,扫描间距为0.11 mm,成形件高120.0 mm、宽60.0 mm、壁厚1.5 mm。聘用4M型落底式空气轮回炉对带基板的薄壁件进行325 ℃×4 h的时效惩办,空冷。聘用线切割别离在底部和顶部切取尺寸7 mm×5 mm×1.5 mm的薄片,轮番使用400#,800#,3000#,7000#金相砂纸磨削名义,再进行电解抛光,电解液为体积分数4%的高氯酸酒精溶液,电解温度为−40 ℃,电压为24 V,抛光时期约为2 min,聘用TESCAN MIRA3型扫描电子显微镜（SEM）偏激电子背散射衍射（EBSD）方式分析薄壁件底部与顶部区域的微不雅形容与织构,EBSD扫描步长别离为0.75,0.15 μm,数据分析软件为Channel 5,噪点计帐方式为Standard noise reduction,降噪级别为4级,计帐次数为1次。聘用线切割将薄壁件从基板上分离,在薄壁件上别离垂直于和平行于成形标的由底部至顶部轮番取样制备拉伸试样,尺寸如图1所示,聘用400#金相砂纸打磨试样厚度至1 mm。凭证GB/T 228—2010,聘用MST Alliance RT型万智商学纯熟机进行室温拉伸纯熟,拉伸速率为1.0 mm·min−1。在拉伸断口近邻取样,轮番使用400#,800#,3000#,7000#金相砂纸磨削,经Keller试剂腐蚀30 s后,聘用LEICA DMI8型光学显微镜（OM）不雅察断口近邻的显微组织。
图 1 拉伸试样尺寸
Figure 1. Size of tensile sample
2. 纯熟收尾与贪图
2.1 显微组织
由图2可见：薄壁件顶部与底部区域均存在气孔等微小尺寸颓势,颓势尺寸与漫步无昭着各别；底部与顶部显微组织也通常,均由柱状粗晶和等轴状细晶组成,呈双峰组织特征。这是因为粉末受激光作用融解并快速凝固,形成了弧形熔池,熔池规模凝固速率快、温度梯度高,从而形成了大齐的轻微等轴晶粒,而熔池里面凝固速率相对放缓,形成了相对较少的柱状粗晶。统计得到,薄壁件顶部与底部区域的粗细晶面积比均为3∶7傍边。薄壁件细晶粒占相比多主要获利于钪与锆元素的添加,使得凝固初期熔池规模析出大齐的Al3（Sc,Zr）第二相颗粒,颗粒的存在为凝固进程中晶粒的形成提供了大齐的形核中枢,同期在熔池规模快速凝固提供的高温度梯度下,大齐晶粒同期形核,因此细化了晶粒尺寸；此外,第二相的存在也在一定进度上阻抑了晶粒的长大。薄壁件顶部与底部显微组织与颓势的一致性,标明薄壁件成形进程中顶部和底部的激光及热历史一致性高。
图 2 薄壁件顶部与底部区域SEM和EBSD形容以及极图
Figure 2. SEM (a, c) and EBSD (b, d) morphology and polar images (e–f) of top (a–b, e) and bottom (c–d, f) regions of thin-walled part
顶部区域与底部区域粗晶与细晶的织构特征及最大极密度值通常,以顶部为例进行分析。由图3可见：粗晶发达出较强的〈100〉晶向平行于千里积标的（S标的）的织构特征,最大极密度值达到了5.8,细晶则雷同就地取向,最大极密度值仅为1.5。这证据细晶的存在故意于弱化合金的织构强度,裁减合金力学性能的各向异性。
图 3 顶部区域粗晶与细晶的EBSD形容与极图
Figure 3. EBSD morphology (a, c) and polar images (b, d) of coarse (a–b) and fine (c–d) grains in top region
由图4可见：由熔池规模向熔池里面,晶粒尺寸逐步增大,晶粒阵势由等轴状向长条状过渡；熔池里面条状粗晶的晶粒尺寸深广在1~10 μm,而熔池规模细晶的晶粒尺寸在1 μm以下,达到了纳米标准。
图 4 单个熔池的晶粒形容
Figure 4. Grain morphology of single molten pool
2.2 力学性能
由图5可见：不管是平行于成形标的还是垂直于成形标的拉伸,薄壁件不同区域的工程应力随工程应变的变化趋势通常。由前文可知,薄壁件不同部位具有通常的显微组织与织构特征,拉伸时晶粒的塑性变形行为具有通常性,因此不同部位的拉伸行为体现出较好的一致性。薄壁件的横向（拉伸标的垂直于成形标的）屈服强度、抗拉强度、断后伸长率别离为491.7 MPa,521.2 MPa,11.9%,纵向（拉伸标的平行于成形标的）屈服强度、抗拉强度、断后伸长率别离为479.3 MPa,510.2 MPa,11.5%。横向试样的强度和断后伸长率略高于纵向试样,但各别不昭着（不来源5%）,可以为该薄壁件的拉伸性能雷同各向同性。
图 5 垂直于和平行于成形标的拉伸时薄壁件不同区域试样的工程应力-工程应变弧线
Figure 5. Engineering stress-engineering strain curves of different region samples of thin-walled parts during tension perpendicular (a) and parallel (b) to forming direction
由图6可见：不管是平行于还是垂直于成形标的拉伸,熔池规模的细晶区域均更容易产生隐隐形核及隐隐长大。这是因为拉伸时,熔池规模区域较熔池里面区域更早屈服且产生更大的应变；在塑性变形进程中当局部应力打破材料强度值会酿成隐隐的形核,当局部应变执续增大时,隐隐也不停长大[15]。此外,关于铝合金而言,位错难以在细晶粒里面塞积,故细晶内的加工硬化率较低及变形局域化,从而塑性裁减[16]。由于细晶全体上呈等轴状且雷同就地取向,细晶的微不雅塑性变形及隐隐的形核与长大行为均通常,因此合金横向与纵向断后伸长率支配。
图 6 垂直于和平行于成形标的拉伸后薄壁件拉伸断口近邻微不雅隐隐形容
Figure 6. Morphology of micro-cavity near tensile fracture of thin-walled part after tension perpendicular (a–b) and parallel (c–d) to forming direction: (a, c) at low magnification and (d) at high magnification
3. 论断
（1）激光选区融解Al-Mg-Sc-Zr合金薄壁件的底部与顶部区域的显微组织、织构特征与颓势特征通常,均呈由柱状粗晶和等轴状细晶组成的典型双峰组织特征,粗晶〈100〉晶向平行于千里积标的显耀,细晶雷同就地取向,气孔等微颓势尺寸与漫步通常。
（2）在拉伸进程中,薄壁件不同区域的工程应力随应变的变化趋势通常,拉伸标的垂直于成形标的时,试样的强度和断后伸长率略高于拉伸标的平行于成形标的时,但各别不昭着,不来源5%,拉伸性能雷同各向同性。
（3）拉伸变形进程中的里面隐隐更倾向于在薄壁件细晶区域形核与长大。
著述来源——材料与测试网加拿大pc28