Al-Cu-Mg合金电弧增材制造技术研究

受限于铝合金商业丝材的种类,目前铝合金电弧增材制造技术研究主要集中于二元铝合金方面。本研究团队采用双丝电弧增材制造工艺,获得了不同合金组分的三元Al-Cu-Mg铝合金构件,并针对其成形、组织及力学性能等方面进行研究。结果表明:通过合理控制过程工艺参数,可获得良好构件成形;通过控制合金元素组分,可以实现对构件力学性能的有效调控;热处理工艺可以进一步提高构件的力学性能,为深入研究多元铝合金电弧增材制造奠定了基础。     

多系列铝合金电弧增材制造技术研究进展

电弧增材制造技术适用于铝合金大型复杂构件的一体化成形制造，当前国内外学者已针对不同系列的铝合金进行了大量研究。梳理了近年来铝合金电弧增材制造技术的相关研究，总结了针对Al-Cu、Al-Mg、Al-Si、Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si和Al-Zn-Mg-Cu多个系列铝合金的电弧增材研究进展，包括各系列铝合金的组织性能特点、成形效果等方面的研究成果。介绍了铝合金电弧增材制造中常见的组织缺陷，如电弧增材铝合金组织中的孔洞、热裂纹等，以及采用合适的工艺参数和合金设计等解决办法。通过对不同系列铝合金的增材现状和组织缺陷的分析，为铝合金电弧增材制造技术的进一步发展提供了有益的参考。     

双丝电弧增材制备Al-Mg-Zn-Cu-Sc铝合金工艺与组织性能

为改善Al-Zn-Mg-Cu铝合金电弧增材过程中出现的工艺和缺陷问题,利用双丝电弧增材技术,制备了Al-Mg-Zn-Cu-Sc合金. 根据电弧增材过程中的工艺以及成形情况,对该工艺中的送丝位置,送丝速度以及变极性频率等工艺参数进行分析. 通过工艺试验得到气孔含量较少和成型情况较好的参数并进行双丝电弧增材制造. 分析了不同扫描速度下的制备的Al-Mg-Zn-Cu-Sc合金组织以及力学性能,对微观组织和试样失效区域进行观察,确认了断裂类型和组织特点. 最终得到双丝电弧增材技术制备Al-Mg-Zn-Cu-Sc铝合金的工艺区间,明确了沉积态Al-Mg-Zn-Cu-Sc铝合金的基本组织特点.     

丝材直径对电弧增材制造ZL114A铝合金组织与性能的影响

与金属粉末增材制造技术相比,电弧+丝材增材制造技术在成形效率上有显著优势,但在大尺寸金属构件成形时,其成形效率仍有待提高。文中以直径1.6 mm的ZL114A铝合金丝材为原材料,分析了电弧增材制造成形合金的微观组织与性能,并与原材料直径1.2 mm的成形合金进行对比。研究发现,选用直径1.6 mm丝材为原材料,能够提高电弧增材制造ZL114A合金的成形效率,直接沉积态合金的微观组织具有较大二次枝晶臂间距。经过T6热处理后,成形合金中共晶硅颗粒充分球化,均匀分布在铝基体上,合金具有优异的力学性能。     

微量Zr对AlSi7Cu2Mg组织和性能的影响

为提高AlSi7Cu2Mg合金的力学性能,对铝液采用复合精炼,并利用电磁泵低压铸造,研究了Ti、B、Zr合金元素对AlSi7Cu2Mg合金显微组织和力学性能的影响.结果表明:Ti、B使合金晶粒细化,改善显微组织;Ti、B、Zr可以提高合金的抗拉强度和伸长率;加入质量分数分别为0.12%Ti、0.024%B、0.15%Zr时,可显著提高AlSi7Cu2Mg合金的力学性能.     

铝合金电弧增材制造技术研究进展

增材制造技术是制造业信息化、数字化、智能化的重要组成内容,而电弧增材技术在铝合金成形中具有较好的应用优势。从金属增材制造技术分类、发展历程、标准规范、技术原理等方面,对比分析了不同增材制造技术的优势与局限。特别介绍了以冷金属过渡技术为代表的电弧增材技术,讨论了电弧增材技术的自身优势与局限性,及其应用于铝合金结构件一体化制造的优势。从成形工艺、气孔缺陷、强韧化技术等多方面综述了国内外铝合金电弧增材技术的研究发展,介绍了目前国内外在铝合金电弧增材制造方向的研究工作以及遇到的主要问题,重点分析了铝合金电弧增材制造样品强韧化方法与效果,介绍了国内外的相关优秀案例。最后总结了未来铝合金电弧增材制造技术需要着重解决的问题与方向,包括原材料质量问题、几何精度问题、气孔、热裂纹和残余应力问题、组织和力学性能问题。     

激光增材制造AlSi10Mg合金的力学性能研究进展

增材制造是近几十年发展起来的一种先进金属件近净成形技术,具有低能耗、短周期、高柔性、低成本等显著优势,已成为先进装备领域的前沿制造技术之一. 与传统铸造相比,增材铝合金具有相当甚至更优的力学性能. 然而,相关质量评估标准缺乏和疲劳性能分散性较大等问题限制了其在重大工程装备中的应用. 重点以选区激光熔化成形的AlSi10Mg合金为对象,从“制造工艺—仿真模拟—性能评价”角度,系统分析了增材制造工艺参数、建造方向和热处理制度等几个重要因素对铝合金微观结构及力学性能的影响,总结了增材热力学过程模拟与力学性能的相关仿真研究现状,重点探讨了目前增材制造铝合金力学性能评价的国内外进展,并进一步归纳了基于组分调控提升铝合金力学性能的相关研究结果,最后对其发展趋势进行了展望.     

合金元素含量对A7N01-T4铝合金微观结构与能的影响

对A7N01铝合金的Zn、Mg、Zr、Ti、Cu元素含量进行设计,得到四种轧制板材,并进行自然时效.采用力学性能测试、金相组织观察以及腐蚀试验,研究了合金元素含量对A7N01-T4铝合金板材性能的影响.结果表明:Zr、Ti元素对合金显微组织中晶粒大小有较大的影响;Zn、Mg含量的提高可明显提高合金的强度,但高水平的Zn、Mg会降低合金的耐蚀性;微量Cu元素的添加有补充强化的作用,同时也能提高合金的耐蚀性.     

合金元素含量对A7N01-T4铝合金微观结构与性能的影响

对A7N01铝合金的Zn、Mg、Zr、Ti、Cu元素含量进行设计,得到四种轧制板材,并进行自然时效。采用力学性能测试、金相组织观察以及腐蚀试验,研究了合金元素含量对A7N01-T4铝合金板材性能的影响。结果表明:Zr、Ti元素对合金显微组织中晶粒大小有较大的影响;Zn、Mg含量的提高可明显提高合金的强度,但高水平的Zn、Mg会降低合金的耐蚀性;微量Cu元素的添加有补充强化的作用,同时也能提高合金的耐蚀性。     

增材制造FeCoNiAl系高熵合金的研究进展

FeCoNiAl系高熵合金在面心立方的FeCoNi基体中引入体心立方相稳定元素Al及其他合金化元素,因此表现出独特的显微组织、力学性能和功能性,具有广阔的工业应用前景。近年来,增材制造技术为制造超细晶粒和几何复杂的高熵合金零件提供了技术支持,引起研究人员的广泛关注。本文从打印工艺、显微结构、性能、缺陷和后处理等方面综述了增材制造FeCoNiAl系高熵合金的新进展。系统总结了几种典型增材制造技术,并讨论不同工艺下FeCoNiAl系高熵合金的晶体结构、显微组织及其相应的性能,阐述增材制造过程中与快速凝固和复杂热循环有关的缺陷形成机制。此外,介绍并总结了几种旨在进一步提高FeCoNiAl系高熵合金性能的后处理方法。最后,展望了增材制造高熵合金未来的研究方向,以解决面临的挑战,加快其在工业领域的应用。     

不同焊丝对LY12铝合金TIG焊接头组织与性能的影响

采用4种焊丝对LY12铝合金进行TIG焊,并对焊接接头的显微组织及力学性能进行了研究。结果表明:在焊丝中添加Ti、Zr元素可以细化焊缝的组织。当用未含Ti、Zr或只含Ti元素的焊丝进行焊接时,焊缝组织为树枝晶,接头力学性能较差;当用含有Ti、Zr元素的焊丝进行焊接时,焊缝组织明显细化,为细小的等轴晶,显著提高了接头力学性能。     

激光增材制造铝合金及其复合材料的研究进展

增材制造中的选区激光熔化技术在未来航天航空、车辆制造、医学生物等方面都具有广阔的应用及发展前景。文中从选区激光熔化铝合金及其复合材料的相对密度、显微组织、力学性能三方面阐述了其研究进展,归纳总结了SLM制备不同铝合金及其复合材料的抗拉强度和伸长率、相对密度。通过文献得出,添加Sc, Zr等元素及纳米增强颗粒的复合铝合金材料,可获得更好的力学性能,并展望了未来研究的趋势。     

铝合金电弧熔丝增材制造的冶金缺陷研究现状与展望

电弧熔丝增材制造(WAAM)已成为装备制造领域的重要发展方向之一，通过电弧加热熔化金属丝材，可在预设路径上逐层叠加堆积完成三维实体金属构件的增材制造成形，具有效率高且成本低的优点，尤其适合大尺寸铝合金构件的一体化增材制造成形。但由于铝合金固有的冶金行为特征，电弧熔丝增材制造中易出现冶金缺陷，如气孔、裂纹等问题，较大程度限制了产品力学性能的进一步提升，也严重制约了铝合金电弧熔丝增材制造技术的高效高质量发展。本文主要综述了电弧熔丝增材制造铝合金的气孔、裂纹等冶金缺陷问题，总结了缺陷形成机理、影响因素和抑制措施等方面的研究进展，并对铝合金电弧熔丝增材制造技术的未来发展方向进行了展望。     

精铸Ti-Al-Zr合金的显微组织和力学性能

用陶瓷型壳浇注了Ti Al Zr合金 ,研究了精铸Ti Al Zr合金的相组成、铸造显微组织、室温和高温力学性能及断口形貌。结果显示 ,精铸Ti Al Zr合金属于近α型 ,其铸态组织为网篮状魏氏组织 ,具有较好的室温和高温性能。Ti Al Zr合金的室温力学性能为 :抗拉强度 1 0 57.5MPa ,屈服强度 995MPa ,延伸率 1 8.45% ;50 0℃时的力学性能为 :抗拉强度 658.7MPa ,屈服强度 538.9MPa ,延伸率 1 6.5%。该合金室温断口以延性断裂为主 ,伴有部分解理断裂 ,而高温拉伸断口为延性断裂。     

热处理工艺对增材制造AlSi10Mg合金组织与力学性能的影响

对比研究了增材制造Al Si10Mg合金与传统铸造ZL104合金的化学成分、组织与力学性能,研究了退火温度、退火时间对增材制造Al Si10Mg合金组织与力学性能的影响。结果表明,当对增材制造Al Si10Mg合金进行T1(180℃×12 h,空冷)和T2(230～250℃×2 h,空冷)处理时,力学性能满足R_m≥380 MPa,A≥8%的要求。     

孕育剂SiC对Al-Zn-Mg-Cu合金GMAW电弧增材制造构件微观组织及力学性能的影响

Al-Zn-Mg-Cu合金以其高比强度、优良的导热性与耐腐蚀性常用于航空航天、汽车等领域，采用电弧增材制造并探索添加孕育剂的作用对于改善高强铝合金性能、促进其工程应用具有重要意义。本研究采用Al-Zn-Mg-Cu合金焊丝进行GMAW电弧增材制造，通过添加SiC颗粒改善构件微观组织及力学性能，并对比了微米级与纳米级SiC颗粒作用效果。结果表明，常规Al-Zn-Mg-Cu合金电弧增材沉积件微观组织有明显分层现象，随着沉积层数增加，热量累积，晶粒变得粗大且向着柱状晶的形态转化。而SiC的加入抑制了微观组织向柱状晶转变的趋势，使沉积件整体微观组织分布更加均匀，同时晶粒平均尺寸整体由94.57μm可细化至59.3μm,细化程度为37.29%,局部最高可细化44.26%。在力学性能上提高了Al-Zn-Mg-Cu合金电弧增材沉积件的硬度，由HV112提升至HV120,提升程度约7.14%,且硬度波动变化减小。另外，SiC颗粒的添加提高了Al-Zn-Mg-Cu合金电弧增材沉积件的强度与韧性。整体上看，与添加微米级SiC颗粒相比，添加纳米级SiC颗粒Al-Zn-Mg-Cu合金电弧增材制造得到的构件微观组...     

Zr元素对Al-Zn-Mg合金微观组织和力学性能的影响

采用工程化半连续铸造制备Al-Zn-Mg铝合金铸锭并挤压,借助Gleeble热拉伸、常温拉伸实验以及金相电镜、扫描电镜、透射电镜研究了不同Zr含量对含微量Ti的Al-Zn-Mg合金微观组织与力学性能的影响。结果表明,Zr元素显著细化该铸锭晶粒,改善铸锭径向晶粒尺寸不均匀性,抑制挤压组织再结晶;Zr元素还能提高材料的高温强度,但随着温度升高,提高效果减弱。Zr含量为0.157%时,形成了粗大的初生相Al_3(Zr,Ti)相,该粗大第二相对合金性能产生了不利影响;Zr含量为0.196%时,Zr聚集现象更明显,形成了数量更多的粗大Al_3Zr相。     

Ti、Sc对Al-Mg-Zr合金组织和力学性能的影响

通过向Al-Mg-Zr合金中单独及复合添加微量的Ti、Sc元素,研究了Ti、Sc微合金化对Al-Mg-Zr合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,在Al-Mg-Zr合金中单独添加0.15%的Ti能显著细化合金的铸态组织,使合金的力学性能得到明显提高。复合添加0.15%的Ti和0.2%的Sc时,细化效果更加显著,合金的平均晶粒尺寸仅为43μm,抗拉强度和伸长率分别提高了约70%和16.4%。原因是Ti、Sc复合添加形成了Al3Ti、Al3Sc、Al3(Ti,Zr)、Al3(Sc,Zr)和Al3(Sc,Ti)等多种金属间化合物相,共同充当形核质点,细化了合金组织。     

Zr对二元钛铝合金组织和力学性能的影响（英文）

采用非自耗真空电弧熔炼炉制备不同Zr含量的Ti43Al与Ti47Al合金,研究该合金的显微组织和力学性能的变化。结果表明:Zr对Ti43Al合金的组织形态无明显影响,Ti47Al合金则由枝晶组织演变成等轴晶组织。Zr元素的添加能细化晶粒。Zr能促进γ相的形成,Zr在Ti43Al和Ti47Al合金γ相中的固溶度分别为12.0%和5.0%(摩尔分数)。经过分析,Ti43Al-x Zr中的γ相由β相转化而来,Ti47Al-x Zr中的γ相则由α相转化而来。细晶强化和固溶强化作用使压缩强度提高;然而,严重的显微偏析会导致力学性能下降。Zr元素极大的固溶度对合金的塑性具有不利的影响。Ti43Al-x Zr和Ti47Al-x Z合金的最大压缩强度分别为1684.82MPa(x=5.0%)和2158.03MPa(x=0.5%),而Ti43Al-x Zr合金的压缩应变无明显变化,Ti47Al-x Zr合金的最大压缩率为35.24%(x=0.5%)。两组合金均呈脆性断裂特征。     

Current Situation and Prospect of Computationally Assisted Design in High-Performance Additive Manufactured Aluminum Alloys: A ReviewEI北大核心CSCD

增材制造技术为高强铝合金复杂零部件的制造带来了前所未有的机遇,但目前增材制造铝合金体系仍局限于可铸造和可焊接的Al-Si系合金,制约了高性能增材制造铝合金的快速发展。近年来,不同尺度的计算方法逐步用于辅助高性能增材制造铝合金的开发。本文详细综述了国内外学者在计算辅助增材制造铝合金设计与制备领域的研究成果,列举了原子、介观和宏观尺度计算模拟及机器学习等计算方法辅助增材制造铝合金设计的代表性案例,分析了不同计算方法辅助合金设计的策略,并指出其不足。最后,针对如何推动多尺度计算在高性能增材制造铝合金开发中的应用进行了展望,并指出其发展方向。