中南大學(xué)發(fā)表頂刊論文：研發(fā)出可用于增材制造的高強(qiáng)鋁鎂合金！

來(lái)源：材料科學(xué)與工程

近日，中南大學(xué)粉末冶金研究院研究員李瑞迪與新西蘭奧克蘭大學(xué)、中車工業(yè)研究院有限公司等單位聯(lián)合研發(fā)了一種適用于SLM制備工藝且具有良好抗裂性和高強(qiáng)度鋁鎂合金材料。

據(jù)悉，鋁及其合金是工程應(yīng)用最廣泛的結(jié)構(gòu)材料之一，通過(guò)鑄造、鍛造和粉末冶金等傳統(tǒng)制造工藝加工，往往制造成本較高、交付周期較長(zhǎng)；3D打印金屬構(gòu)件因?yàn)闊崃鸭y、孔隙和球化等制造缺陷，也大大限制了其應(yīng)用。因此，微結(jié)構(gòu)調(diào)控與強(qiáng)度設(shè)計(jì)成為3D打印領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

研究人員研發(fā)出的用于3D打印的高強(qiáng)鋁鎂合金材料，時(shí)效處理后拉伸強(qiáng)度達(dá)到550MPa，塑性在8%～17%之間。

據(jù)介紹，研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一系列的鋁鎂合金材料，并用霧化合金粉末進(jìn)行3D打印制備。研究結(jié)果表明，在鋁鎂合金中加入1.3wt%的Si能夠有效地抑制SLM過(guò)程中的熱裂紋，同時(shí)細(xì)化制備合金的微結(jié)構(gòu)，從而提高打印試樣的力學(xué)性能。通過(guò)對(duì)合金成分的進(jìn)一步微調(diào)，研究人員設(shè)計(jì)了一種新型合金Al-8.0Mg-1.3Si-0.5Mn-0.5Sc-0.3Zr。這種新合金具有明顯的細(xì)化微觀組織，打印試樣中形成了高密度的層錯(cuò)和獨(dú)特的9R相，試樣的拉伸強(qiáng)度和延伸率分別達(dá)到497MPa和11%。經(jīng)過(guò)時(shí)效處理后，試樣的拉伸強(qiáng)度達(dá)到550MPa，塑性在8%～17%之間。除了固溶強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化和納米顆粒強(qiáng)化外，高密度層錯(cuò)也有助于強(qiáng)化。

這項(xiàng)研究成果通過(guò)在原有3D打印Al-Mg-Sc-Zr合金中添加Si元素，形成了精細(xì)打印微觀組織，獲得了無(wú)裂紋的打印合金成分。隨后通過(guò)熱處理時(shí)效工藝引入高密度層錯(cuò)并細(xì)化晶粒，開(kāi)發(fā)出了一種具有低熱裂敏感性和高強(qiáng)度的新型鋁鎂合金。這項(xiàng)工作提供了一種解決和消除SLM工藝中的冶金缺陷的鋁鎂合金成分設(shè)計(jì)方法和熱處理工藝，推動(dòng)了SLM制造技術(shù)的工程應(yīng)用。

目前該研究成果已經(jīng)發(fā)表在金屬材料頂級(jí)期刊《Acta Materialia》。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.03.060

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