SLM基板温度与热处理对Al--Mg--Sc合金板材的组织与性能影响研究
激光选区熔化技术(SLM)制备的金属构件具有成型精度高、表面质量优异、无需后续加工等特点，被广泛应用于高精度复杂金属零部件的制造。SLM制备过程中，激光的瞬时能量极高，熔池凝固时产生的温度梯度差较大，这可能会导致打印合金内部出现较大的热应力与残余应力，使合金出现周期性裂纹或不能打印成形的问题。通过提高基板温度，使基板和粉末预热后再进行打印，能够改善温度场的分布状况，提高打印构件的成形性。但基板温度较高时，从基板底部向顶部产生的温度梯度的差异可能导致合金构件沿打印高度方向的组织与性能有所不同。特别是当打印高度较高或者结构较为复杂的构件时，随着打印时间的延长，合金构件由底部到顶部受到的热影响和时长不同，导致合金展现出的组织与性能呈现一定的不均匀性。 因此，本课题以SLM技术制备的Al-3.40Mg-1.08Sc合金板材为研究对象，分别在35℃和200℃基板温度下制备高强度铝合金板材，系统对比不同基板温度制备的合金板材沿打印高度方向的微观组织，力学性能与耐蚀性能的变化特征，揭示基板温度对打印板材沿打印高度方向上组织与性能的不均匀性的影响;并通过热处理这一后处理工艺，揭示热处理后合金板材从底部到顶部的微观组织、力学性能以及腐蚀性能的演变规律，探究热处理后合金板材沿打印高度方向上组织与性能的均匀性。期望能够为SLM制备具有一定高度的Al-Mg-Sc合金构件提供一定的理论和实验支撑。主要结论如下: 基板温度为35℃时，Al-3.40Mg-1.08Sc合金板材底部到顶部的晶粒组织较为均匀，均为细等轴晶与狭长柱状晶交替堆叠分布的形貌;当基板温度提高至200℃时，基板产生的温度梯度从顶部到底部逐渐减小，合金内部等轴晶的晶粒尺寸和分布区域增大，柱状晶的纵横比与分布区域减小，由于合金板材底部受到基板较长时间的热影响，内部第二相的数目明显增多。 基板温度为35℃制备的合金板材的硬度分布与拉伸性能沿打印高度方向基本一致;而基板温度为200℃制备的合金板材由于底部和中部接近热源，受到较长时间的热影响，产生了一定的时效效应，硬度与拉伸性能均显著高于基板温度35℃制备的合金板材，且其性能呈现出一定的不均匀性:板材底部与顶部相比，硬度高约20HV、板材底部拉伸强度和屈服强度比顶部高约50MPa。 由于Al-3.40Mg-1.08Sc合金晶界附近的富Cu相因电化学电位高于铝基体，使其周围基体优先溶解，因此晶界密度较高的熔池底部腐蚀最为严重。基板温度35℃时，合金内部的Cu与Mg在晶界偏聚且连续分布;而基板温度200℃时，板材沿打印高度方向的冷却速度逐渐增大，底部晶界附近富Cu相分布不连续，阻碍了晶间腐蚀通道的延伸。因此，基板温度为200℃制备合金板材从顶部到底部的抗腐蚀性逐步提升，且均明显优于基板温度35℃制备的合金板材。 经过300℃/12h峰时效处理后，不论基板温度为35℃或200℃，合金板材从底部到顶部的力学性能和腐蚀性能基本达到一致，且均明显优于初始态。与初始态相比，Al-3.40Mg-1.08Sc合金板材力学性能的提高主要是Al3(Sc，Zr)粒子的析出所致，抗腐蚀性能的提高主要是由于晶粒尺寸有所增大，导致合金板材时效后的耐蚀性增加。
Al-Mg-Sc合金;微观组织;力学性能;耐腐蚀性能;激光选区熔化
郑州大学
硕士
材料物理与化学
王杰芳;史运嘉
2021
中文
TG146.22;TG146.23
2021-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）