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中南大學發表頂刊論文:研發出可用于增材制造的高強鋁鎂合金!

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


據悉,鋁及其合金是工程應用最廣泛的結構材料之一,通過鑄造、鍛造和粉末冶金等傳統制造工藝加工,往往制造成本較高、交付周期較長;3D打印金屬構件因為熱裂紋、孔隙和球化等制造缺陷,也大大限制了其應用。因此,微結構調控與強度設計成為3D打印領域研究的熱點。

 

 

 

研究人員研發出的用于3D打印的高強鋁鎂合金材料,時效處理后拉伸強度達到550MPa,塑性在8%~17%之間。

 

 

 

據介紹,研發團隊設計了一系列的鋁鎂合金材料,并用霧化合金粉末進行3D打印制備。研究結果表明,在鋁鎂合金中加入1.3wt%的Si能夠有效地抑制SLM過程中的熱裂紋,同時細化制備合金的微結構,從而提高打印試樣的力學性能。通過對合金成分的進一步微調,研究人員設計了一種新型合金Al-8.0Mg-1.3Si-0.5Mn-0.5Sc-0.3Zr。這種新合金具有明顯的細化微觀組織,打印試樣中形成了高密度的層錯和獨特的9R相,試樣的拉伸強度和延伸率分別達到497MPa和11%。經過時效處理后,試樣的拉伸強度達到550MPa,塑性在8%~17%之間。除了固溶強化、晶界強化和納米顆粒強化外,高密度層錯也有助于強化。

 

 

 

這項研究成果通過在原有3D打印Al-Mg-Sc-Zr合金中添加Si元素,形成了精細打印微觀組織,獲得了無裂紋的打印合金成分。隨后通過熱處理時效工藝引入高密度層錯并細化晶粒,開發出了一種具有低熱裂敏感性和高強度的新型鋁鎂合金。這項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計方法和熱處理工藝,推動了SLM制造技術的工程應用。


目前該研究成果已經發表在金屬材料頂級期刊《Acta Materialia》。


論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.03.060


本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。

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