中科大梁海弋Mater. Sci. Eng., A：铝合金3D打印技术新突破

【引言】

选择性激光熔化(SLM)技术是近年来极具应用前景的金属增材制造技术之一。该项技术通过计算机辅助设计(CAD)，利用高能激光源在受控条件下逐层熔化金属粉末，并逐层固化，从而制造出三维几何形状的零件。与其他金属3D打印技术相比，金属SLM有望打破设计和生产周期的瓶颈，从而彻底改变传统制造工艺，极大的提高生产效率，节约生产成本。然而，由于SLM凝固过程中的高冷却速率，所制造部件的微观结构和力学性能与铸造或锻造合金有很大不同。最近，有学者报道了经SLM工艺所得铝合金的力学性能及微观结构，发现其延展性得到了显著提高。

【成果简介】

近日，来自中国科学技术大学的梁海弋教授和同济大学的L.F. Wang(共同通讯作者)等人在Mater. Sci. Eng., A上发布了一篇关于铝合金3D打印的文章，题为“Enhancement in mechanical properties of selectively laser-melted AlSi10Mg aluminum alloys by T6-like heat treatment”。作者通过T6热处理，包括在535ºC下的固溶处理和158ºC下10小时的人工时效处理，以控制选择性激光熔化（SLM）AlSi10Mg合金的力学性能。研究结果表明，热处理样品的拉伸强度下降了19.97％，而伸长率则提高了155％。同样，弯曲强度下降了6.1％，而T6热处理后，断裂挠度急剧增加了122.9％。因此，T6热处理可以显著提高铝合金的延展性，而不会降低其拉伸/弯曲强度。

【图文导读】

图1 SLM工艺过程示意图

(a) 操作参数；

(b) 扫描方式；

(c) 拉伸、弯曲样品示意图。

图2 金相照片

(a) 通过SLM工艺制备出的样品；

(b) 放大倍率的光学显微镜图像；

(c) T6热处理后的样品；

(d) 垂直截面的金相照片。

图3 经T6热处理后样品的拉伸断口微观形貌图

(a) 全景图；

(b) 孔隙和突起的氧化区；

(c) 凹坑分布；

(d) 更高放大倍数的SEM照片；

(e) 图b中孔隙周围突起部位的EDS元素分析。

图4 经T6热处理后样品的弯曲断口微观形貌图

(a) 断口SEM照片；

(b) 凹坑分布；

(c) 更高放大倍数的SEM照片；

(d) 氧化区域的SEM照片；

(e) 背散射电子图像；

(f) SLM样品的弯曲断口形貌。

图5 样品中Si的分布

(a) 硅化物的SEM照片；

(b) a图放大；

(c) 经SLM工艺所得铝合金的EDS图；

(d) 经T6热处理所得铝合金的EDS图。

【小结】

本文报道了经T6热处理后SLM铝合金的力学性能。作者研究了T6热处理对致密化、硬度、拉伸/弯曲强度及其微观结构的影响，并得出以下结论：

(1) T6热处理对铝合金致密度几乎没有影响；
(2) 与SLM制造的样品相比，热处理样品的硬度降低20％；
(3) 断面伸长率提高至155％，同时T6热处理可以消除各向异性的影响；
(4) 与SLM样品相比，热处理样品的断裂挠度增加了122.9％，弯曲强度下降了6.1％。因此，T6热处理可以有效地提高断裂韧性并抑制裂纹的萌生。

文献链接：Enhancement in mechanical properties of selectively laser-melted AlSi10Mg aluminum alloys by T6-like heat treatment(Mater. Sci. Eng., A, 1 August, 2018 , DOI: 10.1016/j.msea.2018.07.103)

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