實(shí)現(xiàn)增材零件無(wú)缺陷！Quintus 制定用于F357鋁合金3D打印部件的新型熱處理工藝

F357 等鋁合金材料因其低收縮率和窄凝固溫度范圍常被應(yīng)用于增材制造結(jié)構(gòu)件的制作上。這些材料可以作為一種可行的低價(jià)鈦材替代品使用，尤其是在較大尺寸的零件上。然而，F(xiàn)357 的粉末床熔融 3D 打印可能會(huì)帶來(lái)一些挑戰(zhàn)，例如溶解氣體（氫氣或氬氣）的存在會(huì)導(dǎo)致制件起泡和表面質(zhì)量差。

2023年4月9日，南極熊獲悉，在一項(xiàng)新研究中，來(lái)自Quintus Technologies、SLM Solutions和亞利桑那大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，使用新型均勻快速淬火 (URQ)-熱等靜壓（HIP） 技術(shù)可以使 F357 零件中觀察不到任何缺陷，制件的極限強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度均超過(guò) MMPDS 鑄件零件，且?guī)缀巫冃瘟扛�小�?/div>

完整的研究報(bào)告白皮書(shū)可在此處獲�。�https://quintustechnologies.com/knowledge-center/whitepaper-uniform-rapid-quench-of-additively-manufactured-aluminum-alloys/

在許多工業(yè)制造過(guò)程中，都會(huì)采用熱等靜壓 (HIP)技術(shù)來(lái)降低金屬零件的孔隙率。該工藝通過(guò)對(duì)熔爐中的裝有密實(shí)粉末的包套、鑄造或燒結(jié)部件施加高壓 (100-200 MPa) 和 900-1250°C 的溫度條件，來(lái)實(shí)現(xiàn)致密化，鋼和高溫合金是兩種典型的材料。氣壓在所有方向上均勻作用爐內(nèi)部件，以提供各向同性特性和 100% 致密化。

△F357 標(biāo)準(zhǔn) 320 毫米垂直測(cè)試桿構(gòu)建

F357 HIP 工藝通常在500°C 以上的溫度和 75-150 MPa 的氬氣氣壓下進(jìn)行。除了具有增加鋁合金密度的好處外，還有降低孔隙率和整體增加疲勞、韌性和延展性的作用。在 HIP 工藝之后應(yīng)用由固溶熱處理和人工時(shí)效組成的標(biāo)準(zhǔn) T6 回火熱處理，以實(shí)現(xiàn)所需的機(jī)械性能，但是當(dāng)在大氣壓下進(jìn)行單獨(dú)的 540°C 固溶熱處理時(shí)，存在以下風(fēng)險(xiǎn)：在 HIP 循環(huán)中關(guān)閉的孔隙會(huì)在 T6 期間打開(kāi)并變大。

由于鋁晶格中氫或氬的低擴(kuò)散率以及高溫下合金變形的阻力較低，HIP后孔隙中殘留的高壓可能是由于T6回火導(dǎo)致的孔隙擴(kuò)大。為避免起泡或 TIP，專門從事高壓加工設(shè)備設(shè)計(jì)的公司 Quintus Technologies 開(kāi)發(fā)了一種替代方法，可以替代標(biāo)準(zhǔn) HIP 循環(huán)和固溶熱處理這兩個(gè)獨(dú)立工藝。新型均勻快速淬火 (URQ) HIP 爐允許通過(guò)組合固溶熱處理和 HIP 工藝進(jìn)行 HPHT（高壓熱處理）。有了URQ系統(tǒng)，結(jié)合進(jìn)行HIP和T6溶液熱處理，可以在隨后的時(shí)效過(guò)程中形成適當(dāng)?shù)某恋碛不�相，同時(shí)減少任何孔隙重開(kāi)的機(jī)會(huì)。

亞利桑那大學(xué)、SLM Solutions 和 Quintus Technologies 開(kāi)展了一項(xiàng)案例研究，以評(píng)估 HPHT 在 HIP-URQ 爐中對(duì)激光粉末床熔融（PBF-LB）高強(qiáng)度鋁合金 F357 的應(yīng)用效果。該研究評(píng)估了這種新型 HIP 方法后處理部件的密度、微觀結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能和變形。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)材料由 SLM Solutions 使用氣霧化 F357 粉末的 SLM 280 PBF-LB 3D 打印機(jī)打印。

△一個(gè)具有URQ功能的現(xiàn)代Quintus HIP QIH48熱處理爐

結(jié)果表明，一種穩(wěn)健的后處理方法可提供出色的拉伸性能，同時(shí)避免熱引起的孔隙率和變形。該研究表明，使用 Quintus URQ 工藝后處理 F357 鋁是制造高質(zhì)量增材制造鋁部件的一種很有前途的方法。HPHT 工藝提供的優(yōu)勢(shì)包括：

• 提供了與標(biāo)準(zhǔn) HIP+T6 材料相當(dāng)?shù)目估瓘?qiáng)度和延展性；
• 降低組件的幾何變形，即使是復(fù)雜的幾何形狀；
• 避免起泡并縮短整個(gè)過(guò)程的周期時(shí)間。
  

此外，研究人員正在進(jìn)行其他工作以評(píng)估 URQ F357 的疲勞特性，并進(jìn)一步探索優(yōu)化這些組件的強(qiáng)度、延展性和可制造性的平衡。