橡树岭国家重点实验室发表顶刊综述：通过增材制造实现铝合金的高温应用！(2)
时间：2021-09-30 08:05 来源：南极熊 作者：admin 阅读：次
图9 LPBF制造的（a，c）Al-10Ce和（b，d）Al-2.5Fe合金沿构建方向Z成像的熔池结构和相应的晶粒取向图。晶粒结构主要是柱状，单个晶粒横跨多个熔池。单个熔池由（b）中的箭头表示。
图10 （a）HiFI合金和AA7075的温度与固化分数的Scheil凝固示意图。凝固后期温度的大幅下降促进了AA7075的热撕裂；（b）两种合金的凝固微观结构示意图，HiFI合金中的枝晶间区域填充了高体积分数的共晶。
图11 （a-b）添加2 wt-% 3.5-6
μm-TiB2颗粒显着改善了由LPBF制造的Al-12Si的柱状结构。（c-d）当0.5wt-%100 nm
LaB6粉末添加到Al-10Si-0.3Mg中时，可以看到类似的效果。插图表示沿构建方向的晶粒结构（a-b中的BD，c-d中的Z）。单个熔池由（c）中的白色虚线表示。（c，d）中的方框区域表示中附加晶粒结构分析的区域。
图12
（a）在SLM处理Al-10Si-0.3Mg和7.5wt-%TiC期间熔池内流体流动的计算二维矢量场；（b）Al-10Si-0.3Mg基体中Al2O3颗粒的分布，考虑了Marangoni流动和反冲压力效应；（c）在多个激光轨迹和层之后产生的Al2O3的带状分布。
图13
带有Al-10Si-0.3Mg基体的打印CDAs中沿微观结构特征的弥散体收集示例；（a）15 wt-% 27 μm- Al2O3，（b）5
wt-% 50 nm-TiC，（c）2wt-% 80 nm-TiN，（d）7 vol.-%
100nm-TiB2（TiB2在用于粉末气体雾化的铸锭铸造过程中引入），和（e）1 wt-% 30 nm×30
μm碳纳米管。在（d）中，红色和蓝色箭头分别指向沿细胞边界分布并在细胞连接处聚集的TiB2。
图14
根据方程（7）-（11），以L12-Al3（Zr，Er）析出物为例，总粒子强化增量等值线图作为沉淀物/颗粒体积分数（ϕ）和平均半径的函数。（b）显示铸造和AM
HTPSA所在区域的详细信息。注意从沉淀物的位错剪切到围绕沉淀物的位错循环的明显过渡区域。绘制了几种AM和常规加工合金，数据点的大小与粒子强化屈服强度的估计增量成正比。
图15. LPBF处理的（a）Al-4.52Mn-1.32Mg-0.79Sc-0.74Zr和（b）Al-10Ce-8Mn维氏显微硬度与时效时间和温度的函数关系。在（b）中还绘制了铸造Al-Cu-Mn-Zr （ACMZ）合金的数据以进行比较。
图16
LPBF处理的Al-10Ce-8Mn、Al-2.9Mg-2.1Zr、Al-14.1Mg-0.47Si-0.31Sc-0.17Zr，Al-8.6Cu-0.45Mn-0.90Zr，Al-12.1Si-1.4Ni-1.4Fe，Al-2.3Cu-1.6Mg-1.1Ni-
0.8Fe-3.5Ti-1.2B、Al-10Si-0.3Mg与 2 vol.-% 2-4 μm-TiCN、CP-Al 与35 vol.-%
TiC和Al-29.9Nd-7.6Ni-3.1Co （a-b）屈服强度 （c）伸长率与温度的函数关系。为了进行比较，还显示了AM
Al-10Si-0.3Mg 的数据。实心符号是拉伸数据，空心符号是压缩数据。（b）显示了（a）中低应力区域的细节。
图17 LPBF Al-10Si-0.3Mg合金在300 °C和117 MPa 下进行（a、c）环境温度拉伸试验和（b-d）蠕变试验后的断裂表面。LPBF 加工的激光轨迹清晰可见，蠕变后明显有较大的空隙。
图18 与A 铝合金高温下疲劳裂纹萌生相关的微观结构特征：（a）近表面孔隙率，（b）缺乏熔合缺陷，（c）夹杂物/硬颗粒，（d）表面粗糙度，（e）持久滑移带，以及（f）熔池边界。
图19 影响含Zr/Sc的 AM
HTPSA耐腐蚀性的因素汇总。（a-b）构造取向和晶粒结构对Al-4.2Mg-0.4Sc-0.2Sc腐蚀的影响；（c-d）在Al-4.2Mg-0.4Sc-0.2Sc的XY构建平面上形成了更高数量密度的较浅凹坑。坑清楚地勾勒出MPB；（e-f）热处理对Al-14.1Mg-0.47Si-0.31Sc-0.17Zr腐蚀的影响，热处理促进深坑的形成。构建方向沿Z。
结论与展望
初始高温机械测试表明AM HiFI
合金显示出填补250-450°C技术空白的巨大希望。它们在微观结构上类似于快速凝固（RS）和粉末冶金（PM）铝合金——迄今为止开发的最热稳定性和强度最高的高温铝合金——但不会受到相同的几何限制。迄今为止，研究是全面的，但数量有限。随着合金化学、加工参数以及机械性能和拉伸强度以外的高温行为评估的进一步修改，（例如蠕变、刚度、氧化）AM
HiFI 合金有望实现RS和PM从未实现的商业铝合金。
(责任编辑：admin)
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