高性能無需熱處理的Al-6Mg-0.3Sc合金的電弧增材制造研究
時間：2024-10-17 08:50 來源：WAAM電弧增材 作者：admin 閱讀：次
在對增材制造的部件進行熱處理過程中釋放的殘余應力可能會導致顯著的變形，尤其是對于那些具有薄壁特征和變截面的部件。傳統 Al-Mg
合金是不可熱處理材料，添加鈧（Sc）后會形成 Al3Sc 納米沉淀物，在凝固時，初生
Al3Sc（微米級）可作為異質形核點細化晶粒，經合適熱處理可析出次生
Al3Sc（納米級）粒子，能固定位錯和亞晶界增強合金，有利于大型部件成型，沉積后可直接使用，無需復雜昂貴的后熱處理。
電弧模式是電弧增材制造的關鍵參數，在冷金屬過渡 + 脈沖電弧（CMT + PA）模式下對晶粒尺寸和孔隙率影響顯著，不同的電弧模式對晶粒尺寸和孔隙率影響機制的進一步深入研究仍然有限，對微觀結構演變和強化機制的影響尚不清楚。雖然在 Al-Mg-Sc 合金增材制造文獻中已報道雙峰微觀結構能顯著提高部件強度-塑性協同，但在增材制造領域對雙峰結構的控制尚未實現。
近日，西安交通大學在工程技術領域頂刊Journal of Manufacturing Processes上發表了題為"Wire-arc directed energy deposition of high performance heat treatment free Al-6Mg-0.3Sc alloy"的研究成果。在這項研究中，通過使用電弧增材技術成功制造了高性能無需熱處理的Al-6Mg-0.3Sc合金部件，實現了屈服強度為223.0 ± 0.9 MPa、抗拉強度為408.5 ± 3.2 MPa、延伸率為20.6 ± 1.7%的優異機械性能。結果表明，與CMT電弧模式相比，CMT + PA電弧模式能產生更明顯的雙峰微觀結構，改善了延伸率。機械性能增強機制更多依賴于固溶強化和晶界強化，而不是沉淀強化。此外，這項研究首次建立了熔滴過渡與微觀結構演變之間的相關性。
圖1. WAAM系統：
(a) 原理圖；(b) 成型設備；
(c) 沉積策略；(d) 樣品取樣位置和尺寸；
(e) CMT電弧模式樣品；
(f) CMT + PA電弧模式樣品
圖 2. CMT 電弧模式：
（a-g）熔滴過渡圖像及其示意圖；
（h）電流和電壓波形
圖3. CMT + PA電弧模式：
(a-g) 熔滴過渡的圖像及其示意圖；
(h) 電流和電壓波形
圖 4. 不同電弧模式下的熔池形態：
（a）CMT；（b）CMT + PA
電弧模式是電弧增材制造的關鍵參數，在冷金屬過渡 + 脈沖電弧（CMT + PA）模式下對晶粒尺寸和孔隙率影響顯著，不同的電弧模式對晶粒尺寸和孔隙率影響機制的進一步深入研究仍然有限，對微觀結構演變和強化機制的影響尚不清楚。雖然在 Al-Mg-Sc 合金增材制造文獻中已報道雙峰微觀結構能顯著提高部件強度-塑性協同，但在增材制造領域對雙峰結構的控制尚未實現。
近日，西安交通大學在工程技術領域頂刊Journal of Manufacturing Processes上發表了題為"Wire-arc directed energy deposition of high performance heat treatment free Al-6Mg-0.3Sc alloy"的研究成果。在這項研究中，通過使用電弧增材技術成功制造了高性能無需熱處理的Al-6Mg-0.3Sc合金部件，實現了屈服強度為223.0 ± 0.9 MPa、抗拉強度為408.5 ± 3.2 MPa、延伸率為20.6 ± 1.7%的優異機械性能。結果表明，與CMT電弧模式相比，CMT + PA電弧模式能產生更明顯的雙峰微觀結構，改善了延伸率。機械性能增強機制更多依賴于固溶強化和晶界強化，而不是沉淀強化。此外，這項研究首次建立了熔滴過渡與微觀結構演變之間的相關性。
圖1. WAAM系統：
(a) 原理圖；(b) 成型設備；
(c) 沉積策略；(d) 樣品取樣位置和尺寸；
(e) CMT電弧模式樣品；
(f) CMT + PA電弧模式樣品
圖 2. CMT 電弧模式：
（a-g）熔滴過渡圖像及其示意圖；
（h）電流和電壓波形
圖3. CMT + PA電弧模式：
(a-g) 熔滴過渡的圖像及其示意圖；
(h) 電流和電壓波形
圖 4. 不同電弧模式下的熔池形態：
（a）CMT；（b）CMT + PA
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