激光选区熔化AlSi7MgTi合金显微组织与性能
发布时间：2021-07-18 09:23
采用超音速气体雾化设备制备AlSi7MgTi合金粉末,利用激光选区熔化技术将其制成试块,并进行T6热处理。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪和拉伸实验研究成形态与T6态合金的显微组织、相组成、残余应力和力学性能。结果表明:成形态合金由过饱和α（Al）固溶体和Si相组成,组织形貌呈现出"鱼鳞状"熔池逐层堆叠和相互交织的特征,并表现出明显的各向异性。此外,Si相以网状共晶硅的形式存在,由块状和纤维状的共晶硅相互连接而成。熔池边界附近的共晶硅相对粗大,熔池内部的则较为细小。T6热处理促使合金中Si相析出,导致共晶硅发生Ostwald粗化,基本消除了熔池形貌和网状共晶硅组织,并使残余应力显著降低。成形态合金的抗拉强度与屈服强度分别达到420～430 MPa和280～300 MPa,伸长率为5.1%～11.0%;T6热处理后合金的抗拉强度降至360 MPa左右,屈服强度与成形态相当,伸长率提升至15.2%～16.5%。
【文章来源】：材料工程. 2020,48(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
AlSi7MgTi合金粉末的形貌和激光粒度分布
将AlSi7MgTi合金粉末在航发优材(镇江)增材制造有限公司的EOSINT M290型激光选区熔化设备上进行成形,分别制备XY方向和Z方向试棒,尺寸为15 mm×15 mm×80 mm,如图2所示。成形工艺参数为层厚0.03 mm,激光功率370 W,激光扫描速率1300 mm/s,扫描填充间距0.19 mm,采用棋盘格扫描策略。对成形后的部分试棒进行T6热处理,工艺参数为:535 ℃固溶处理1 h后室温水淬,然后在160 ℃人工时效3 h。从成形态和T6态试棒中切取尺寸约为7 mm×7 mm×5 mm的试块,采用砂纸和金刚石抛光剂对试块进行研磨与抛光,再利用Keller试剂对抛光后试块进行腐蚀,腐蚀时间为10～15 s。将成形态和T6态试棒按照HB 5143-1996加工成?5 mm标准室温拉伸试样,其中成形态XY方向和Z方向拉伸试样各2件,T6态XY方向和Z方向拉伸试样各1件。利用D8 ADVANCE型X射线衍射仪对成形态和T6态合金进行XRD分析,测试参数为:CuKα衍射,λ=0.154 nm,加速电压40 kV,2θ角范围10°～90°,扫描速率为4 (°)/min;采用Jade 6.0软件对XRD图谱进行物相分析和处理。利用Leica DM4000型光学显微镜观察腐蚀后成形态和T6态合金的金相组织。利用FEI nano 450型场发射扫描电子显微镜观察腐蚀后成形态和T6态合金中共晶硅形貌以及室温拉伸断口形貌,工作电压10 kV。利用万能试验机测试成形态和T6态合金的室温拉伸性能,实验方法按照HB 5143-1996。利用Jobin Yvon HR800型拉曼光谱仪测试成形态和T6态合金中Si相的拉曼光谱曲线,激光波长532 nm。参照文献[10]所述方法采用Origin 9.0软件对原始拉曼光谱曲线进行拟合和波数分析,拟合曲线类型为PsdVoigt1;通过对拟合后成形态和T6态合金中Si相拉曼光谱曲线进行峰位波数统计,对比成形态和T6态合金中Si相的残余应力。
对成形态与T6态合金的XRD图谱进行分析和物相标定,结果如图3(a)所示。观察发现,成形态和T6态合金的XRD图谱中均主要存在α(Al)和Si相的衍射峰,但两种状态下各衍射峰强度存在显著差别。其中,成形态合金中α(Al)的衍射峰显著高于Si相的衍射峰,说明成形态合金的主要组成相为α(Al),并含有少量的Si相;而T6态合金的Si相衍射峰明显增高,表明T6热处理使合金中Si相含量比成形态有所增加。分析认为,导致成形态合金中Si相数量极少的主要原因是激光选区熔化过程中合金粉末在高能激光束的作用下迅速重熔,并通过周围高热导率的铝合金和底部基板的快速热传导实现熔融合金液的快速冷却与凝固(冷却速率高达106～108 K/s[11]),使得合金中大多数Si,Mg,Ti元素固溶于α(Al)基体中,故形成的Si相数量极少。T6热处理时,Si原子具备逐渐从过饱和固溶体中析出形成Si相的条件,使Si相数量明显增加。图3(b)为成形态和T6态合金(311)Al的衍射峰。可以看出,与标准衍射峰峰位相比,成形态合金的(311)Al衍射峰向2θ角增大的方向偏移,而T6态合金的(311)Al衍射峰则基本处于标准峰位附近。由此说明,成形态合金中α(Al)基体内部存在显著的晶格畸变。这是由于成形态合金的Si,Mg,Ti合金元素固溶于α(Al)基体中时均以置换固溶体的形式存在。其中,Mg原子半径大于Al,固溶于α(Al)基体中时会导致基体晶格常数增加;而Si和Ti原子半径比Al小,固溶时则引起晶格常数减小[12]。当Si和Ti的质量分数分别为7.0%和0.15%,而Mg的质量分数仅为0.65%时,上述合金元素固溶于α(Al)基体的综合效果将导致晶格常数减小。根据Bragg方程:2dsinθ=nλ可知,当晶格常数d减小时,衍射角2θ增大。因此,与标准(311)Al衍射峰和T6态合金(311)Al衍射峰相比,成形态合金的(311)Al衍射峰明显向2θ角增大的方向偏移。
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清. 材料工程. 2016(02)
本文编号：3289299
【文章来源】：材料工程. 2020,48(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
AlSi7MgTi合金粉末的形貌和激光粒度分布
将AlSi7MgTi合金粉末在航发优材(镇江)增材制造有限公司的EOSINT M290型激光选区熔化设备上进行成形,分别制备XY方向和Z方向试棒,尺寸为15 mm×15 mm×80 mm,如图2所示。成形工艺参数为层厚0.03 mm,激光功率370 W,激光扫描速率1300 mm/s,扫描填充间距0.19 mm,采用棋盘格扫描策略。对成形后的部分试棒进行T6热处理,工艺参数为:535 ℃固溶处理1 h后室温水淬,然后在160 ℃人工时效3 h。从成形态和T6态试棒中切取尺寸约为7 mm×7 mm×5 mm的试块,采用砂纸和金刚石抛光剂对试块进行研磨与抛光,再利用Keller试剂对抛光后试块进行腐蚀,腐蚀时间为10～15 s。将成形态和T6态试棒按照HB 5143-1996加工成?5 mm标准室温拉伸试样,其中成形态XY方向和Z方向拉伸试样各2件,T6态XY方向和Z方向拉伸试样各1件。利用D8 ADVANCE型X射线衍射仪对成形态和T6态合金进行XRD分析,测试参数为:CuKα衍射,λ=0.154 nm,加速电压40 kV,2θ角范围10°～90°,扫描速率为4 (°)/min;采用Jade 6.0软件对XRD图谱进行物相分析和处理。利用Leica DM4000型光学显微镜观察腐蚀后成形态和T6态合金的金相组织。利用FEI nano 450型场发射扫描电子显微镜观察腐蚀后成形态和T6态合金中共晶硅形貌以及室温拉伸断口形貌,工作电压10 kV。利用万能试验机测试成形态和T6态合金的室温拉伸性能,实验方法按照HB 5143-1996。利用Jobin Yvon HR800型拉曼光谱仪测试成形态和T6态合金中Si相的拉曼光谱曲线,激光波长532 nm。参照文献[10]所述方法采用Origin 9.0软件对原始拉曼光谱曲线进行拟合和波数分析,拟合曲线类型为PsdVoigt1;通过对拟合后成形态和T6态合金中Si相拉曼光谱曲线进行峰位波数统计,对比成形态和T6态合金中Si相的残余应力。
对成形态与T6态合金的XRD图谱进行分析和物相标定,结果如图3(a)所示。观察发现,成形态和T6态合金的XRD图谱中均主要存在α(Al)和Si相的衍射峰,但两种状态下各衍射峰强度存在显著差别。其中,成形态合金中α(Al)的衍射峰显著高于Si相的衍射峰,说明成形态合金的主要组成相为α(Al),并含有少量的Si相;而T6态合金的Si相衍射峰明显增高,表明T6热处理使合金中Si相含量比成形态有所增加。分析认为,导致成形态合金中Si相数量极少的主要原因是激光选区熔化过程中合金粉末在高能激光束的作用下迅速重熔,并通过周围高热导率的铝合金和底部基板的快速热传导实现熔融合金液的快速冷却与凝固(冷却速率高达106～108 K/s[11]),使得合金中大多数Si,Mg,Ti元素固溶于α(Al)基体中,故形成的Si相数量极少。T6热处理时,Si原子具备逐渐从过饱和固溶体中析出形成Si相的条件,使Si相数量明显增加。图3(b)为成形态和T6态合金(311)Al的衍射峰。可以看出,与标准衍射峰峰位相比,成形态合金的(311)Al衍射峰向2θ角增大的方向偏移,而T6态合金的(311)Al衍射峰则基本处于标准峰位附近。由此说明,成形态合金中α(Al)基体内部存在显著的晶格畸变。这是由于成形态合金的Si,Mg,Ti合金元素固溶于α(Al)基体中时均以置换固溶体的形式存在。其中,Mg原子半径大于Al,固溶于α(Al)基体中时会导致基体晶格常数增加;而Si和Ti原子半径比Al小,固溶时则引起晶格常数减小[12]。当Si和Ti的质量分数分别为7.0%和0.15%,而Mg的质量分数仅为0.65%时,上述合金元素固溶于α(Al)基体的综合效果将导致晶格常数减小。根据Bragg方程:2dsinθ=nλ可知,当晶格常数d减小时,衍射角2θ增大。因此,与标准(311)Al衍射峰和T6态合金(311)Al衍射峰相比,成形态合金的(311)Al衍射峰明显向2θ角增大的方向偏移。
【参考文献】：
期刊论文
[1]3D打印技术研究现状和关键技术[J]. 张学军,唐思熠,肇恒跃,郭绍庆,李能,孙兵兵,陈冰清. 材料工程. 2016(02)
本文编号：3289299
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