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江西理工大學(xué)：增材制造7系鋁合金的直接時效熱處理及疲勞裂紋擴展行為

2023-05-06 17:08:18 作者：材料科學(xué)與工程來源：材料科學(xué)與工程分享至：

激光粉末床熔融(LPBF)是近年發(fā)展起來的一種增材制造(AM)技術(shù)，通過使用激光束選區(qū)熔化連續(xù)的粉末層，能夠制備具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的部件。LPBF技術(shù)具有很多優(yōu)點，諸如具有不需要模具，材料利用率高，生產(chǎn)所用周期短等優(yōu)點。然而，Al-Zn-Mg-Cu合金熔化流動性差、反射率及熱導(dǎo)率高使得其在LPBF加工過程中極易形成高孔隙率和裂紋，影響打印件的性能。

日前，來自江西理工大學(xué)研究人員研究了不同直接時效溫度和時效時間對LPBF制備的Si-Zr-Er改性Al-Zn-Mg-Cu合金的顯微組織、力學(xué)性能和耐蝕性的影響。研究結(jié)果表明打印態(tài)和直接時效處理態(tài)合金中形成了雙峰晶粒結(jié)構(gòu)，由熔池邊界處的細(xì)小等軸晶粒和熔池中的粗大柱狀晶粒組成。通過直接時效處理可以改善合金的力學(xué)性能，最高抗拉強度達到465MPa。析出的Mg2Si和Al3(Er,Zr)對提高力學(xué)性能起著重要作用。大角度晶界和析出相對于評估合金的耐腐蝕性具有重要作用。相關(guān)工作以“Effect of direct aging treatment on microstructure, mechanical and corrosion properties of a Si-Zr-Er modified Al-Zn-Mg-Cu alloy prepared by selective laser melting technology”為題發(fā)表在《Materials Characterization》上。李聲慈副教授為論文通訊作者，碩士生張志騫為論文第一作者。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.matchar.2022.112459

圖1:不同工藝下的SEM形貌(a)打印態(tài);(b)圖a中白色方框局部放大圖;(c)150℃×2h;(d)圖c中白色方框局部放大圖;(e)150℃×4h;(f)圖e中白色方框局部放大圖;(g)150℃×14h;(h)圖g中白色方框局部放大圖;(i)120℃×4h;(j)圖i中白色方框局部放大圖;(k)240℃×4h;(l)圖k中白色方框局部放大圖

圖2:不同樣品的TEM圖像：(a, e)打印態(tài)；(b, f)150℃×2h；(c, g)150℃×4h；(d，h)150℃×14h；(i)150℃×2h、(j)150℃×4h的EDS面掃譜圖。

圖3:打印態(tài)和在不同時效處理后樣品的阻抗圖譜

此外，研究團隊探討了LPBF制備合金的疲勞裂紋擴展行為機理。研究結(jié)果表明，熔池邊界對裂紋擴展路徑無明顯影響，晶粒取向、晶界、夾雜物會顯著影響疲勞裂紋的擴展路徑。裂紋尖端附近累積的位錯會與第二相結(jié)合，阻礙疲勞裂紋的擴展。疲勞裂紋擴展存在穿晶和沿晶兩種模式，當(dāng)裂紋遇到高取向的晶粒時，容易發(fā)生偏轉(zhuǎn)。應(yīng)力比r越小或最大載荷Pmax越大，疲勞裂紋擴展速率更大，疲勞壽命越短。相關(guān)工作以“Microstructure, mechanical properties and fatigue crack growth behavior of an Al-Zn-Mg-Cu-Si-Zr-Er alloy fabricated by laser powder bed fusion”發(fā)表在《International Journal of Fatigue》上。李聲慈副教授和Olanrewaju A. Ojo教授為論文通訊作者，李德華為論文第一作者。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2023.107636

圖4 (a) (b) Line1和(c) Line2的EDS線掃描路徑及對應(yīng)結(jié)果；(d)胞狀結(jié)構(gòu)形態(tài)；(e-k) (d)元素分布圖

圖5 (a) OM和(b) SEM拍攝的疲勞裂紋擴展路徑；(c) (b)中區(qū)域1的放大；(d) (b)中區(qū)域2的放大和相應(yīng)的EDS結(jié)果；(e) (b)中區(qū)域3的擴大；(f) (b)中區(qū)域4的放大和相應(yīng)EDS結(jié)果(wt.%)；(g) (b)中區(qū)域5的放大