高性能无需热处理的Al-6Mg-0.3Sc合金的电弧增材制造研究

时间：2024-10-17 08:50 来源：WAAM电弧增材作者：admin 阅读：次

在对增材制造的部件进行热处理过程中释放的残余应力可能会导致显著的变形，尤其是对于那些具有薄壁特征和变截面的部件。传统 Al-Mg 合金是不可热处理材料，添加钪（Sc）后会形成 Al3Sc 纳米沉淀物，在凝固时，初生 Al3Sc（微米级）可作为异质形核点细化晶粒，经合适热处理可析出次生 Al3Sc（纳米级）粒子，能固定位错和亚晶界增强合金，有利于大型部件成型，沉积后可直接使用，无需复杂昂贵的后热处理。

电弧模式是电弧增材制造的关键参数，在冷金属过渡 + 脉冲电弧（CMT + PA）模式下对晶粒尺寸和孔隙率影响显著，不同的电弧模式对晶粒尺寸和孔隙率影响机制的进一步深入研究仍然有限，对微观结构演变和强化机制的影响尚不清楚。虽然在 Al-Mg-Sc 合金增材制造文献中已报道双峰微观结构能显著提高部件强度-塑性协同，但在增材制造领域对双峰结构的控制尚未实现。

近日，西安交通大学在工程技术领域顶刊Journal of Manufacturing Processes上发表了题为"Wire-arc directed energy deposition of high performance heat treatment free Al-6Mg-0.3Sc alloy"的研究成果。在这项研究中，通过使用电弧增材技术成功制造了高性能无需热处理的Al-6Mg-0.3Sc合金部件，实现了屈服强度为223.0 ± 0.9 MPa、抗拉强度为408.5 ± 3.2 MPa、延伸率为20.6 ± 1.7%的优异机械性能。结果表明，与CMT电弧模式相比，CMT + PA电弧模式能产生更明显的双峰微观结构，改善了延伸率。机械性能增强机制更多依赖于固溶强化和晶界强化，而不是沉淀强化。此外，这项研究首次建立了熔滴过渡与微观结构演变之间的相关性。

图1. WAAM系统：
(a) 原理图；(b) 成型设备；
(c) 沉积策略；(d) 样品取样位置和尺寸；
(e) CMT电弧模式样品；
(f) CMT + PA电弧模式样品

图 2. CMT 电弧模式：
（a-g）熔滴过渡图像及其示意图；
（h）电流和电压波形

图3. CMT + PA电弧模式：
(a-g) 熔滴过渡的图像及其示意图；
(h) 电流和电压波形

图 4. 不同电弧模式下的熔池形态：
（a）CMT；（b）CMT + PA

(责任编辑：admin)

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