一种增材制造Al-Mg-Sc合金的热处理工艺的制作方法

一种增材制造al-mg-sc合金的热处理工艺
技术领域
1.本发明属于增材制造领域，尤其涉及一种增材制造al-mg-sc合金的热处理工艺。


背景技术：

2.al-mg-sc系铝合金强度高、塑韧性好、耐蚀和焊接性能优异，在船舶、航空航天工业、火箭导弹、核能等高新尖技术领域应用前景十分广阔。传统铝合金的制造有铸造、锻造和粉末冶金等工艺。为了配合传统制造工艺需要研发相应的加工工具，由此增加了成本和加工周期。
3.增材制造技术可以实现自由设计，具有成本低-效率高的特点，在航空航天等领域零部件制备中具有不可替代的优势。其中，选择性激光熔化技术(selective lasermelting，slm)，是2000年左右出现的一种新型的增材制造技术。slm技术是以金属粉末为加工原材料，采用高能量密度的激光束将铺洒在金属基板上的粉末进行逐层熔覆堆积，利用金属粉末完全熔化后快速冷却成形的特性，从而得到高密度、高精度、高性能的金属零部件的制造技术。然而，slm工艺应用所面临的一个普遍问题就是冶金缺陷的不可避免，由此对材料强度等力学性能产生不利影响。
4.为了解决铝合金增材制造过程中存在的缺陷，需要通过热处理方法来提高增材制造铝合金的力学性能。但是，由于增材制造al-mg-sc合金的显微组织与传统制造工艺制备的合金组织差异较大，因此，现有的热处理方式不适用于增材制造al-mg-sc合金。在增材制造技术愈发成熟的今天，如何为增材制造制品制定合理的热处理制度，以期获得良好的组织性能，使其在加工成形过程中得到充分利用，成为增材制造技术发展的新方向。


技术实现要素：

5.基于上述技术问题，本发明提供了一种增材制造al-mg-sc合金的热处理工艺。通过对增材制造al-mg-sc合金热处理工艺及参数的设计，能够获得高强度增材制造al-mg-sc合金成形件。
6.本发明具体技术方案如下：
7.本发明公开了一种增材制造al-mg-sc合金的热处理工艺，包括，对增材制造al-mg-sc合金进行时效处理；所述时效处理温度为300-400℃，时效处理时间为4-10h。
8.优选地，所述时效处理温度为325-375℃，时效处理时间为4-8h。
9.优选地，所述增材制造al-mg-sc合金按照重量百分比包括：sc 0.6-0.8％、mg 4-4.9％、zr 0.2-0.5％、mn 0.3-0.8％、fe≤0.4％、si≤0.4％、zn≤0.25％、cu≤0.1％、ti≤0.15％、v≤0.05％，余量为al。
10.优选地，所述增材制造al-mg-sc合金按照重量百分比包括：sc 0.6-0.7％、mg 4-4.5％、zr 0.4-0.5％、mn 0.6-0.8％、fe≤0.2％、si≤0.4％、zn≤0.25％、cu≤0.1％、ti≤0.15％、v≤0.05％，余量为al。
11.优选地，所述增材制造al-mg-sc合金成形工艺为选择性激光熔化工艺。
12.优选地，所述选择性激光熔化工艺参数包括：激光功率335-375w，扫描速度为1300-1600mm/s，扫描间距为0.12-0.15mm，层厚为25-35μm。
13.优选地，所述选择性激光熔化工艺参数包括：激光功率375w，扫描速度为1400mm/s，扫描间距为0.15mm，层厚为30μm。
14.优选地，所述激光能量密度为53-75j/mm3。
15.与现有技术相比，本发明有益效果为：
16.本发明所述增材制造al-mg-sc合金的热处理工艺，具体采用时效处理方式，在所述时效温度和时间下能够有效提高增材制造al-mg-sc合金的抗拉强度，最高可达691mpa，为增材制造al-mg-sc合金在高强度下的应用提供了更多了可能。
附图说明
17.图1为实施例1时效处理后，试样腐蚀后的金相图，其中：(a)为xoy面的金相图，(b)为xoz面的金相图；
18.图2为实施例2时效处理后，试样腐蚀后的金相图，其中：(a)为xoy面的金相图，(b)为xoz面的金相图；
19.图3为实施例3时效处理后，试样腐蚀后的金相图，其中：(a)为xoy面的金相图，(b)为xoz面的金相图；
20.图4为实施例4时效处理后，试样腐蚀后的金相图，其中：(a)为xoy面的金相图，(b)为xoz面的金相图。
具体实施方式
21.下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明，但是应该明确提出这些实施例用于举例说明，但是不解释为限制本发明的范围。
22.本发明所述al-mg-sc合金成形设备为德国slm-solutions公司生产的slm125型选区激光熔化设备，成形工艺为选择性激光熔化工艺(slm)。选择性激光熔化工艺为常规工艺，包括：在基板上铺设al-mg-sc合金粉末，得粉末层；然后在惰性气体保护下，利用激光对粉末层扫描，进行激光选区熔化成形。所述惰性气体包括但不限于，氩气。
23.拉伸试验，在室温条件下，在wdw-50e电子万能实验机上进行抗拉强度、屈服强度、伸长率的测试。
24.金相分析，对热处理后的试样进行磨抛处理，然后腐蚀，用光学显微镜下观察试样的xoy面(与基板平行的方向)和xoz面(垂直于基板的方向)的显微组织；试验采用的金相显微镜型号是soptop舜宇bh200m正置金相显微镜。
25.实施例1
26.一种增材制造al-mg-sc合金的热处理工艺，具体包括，对sml成形件进行时效处理；所述时效处理温度为325℃，时效处理时间为4h。
27.所述增材制造al-mg-sc合金按照重量百分比包括：sc 0.7％、mg 4.5％、zr 0.4％、mn 0.6％、fe 0.2％、si 0.1％、zn 0.15％、cu 0.1％、ti 0.1％、v 0.05％，余量为al。所述al-mg-sc合金粉末粒度分布为24.7-66.8μm；松装密度为1.39g/cm3。
28.所述增材制造al-mg-sc合金成形工艺参数包括：sml技术成形，激光功率375w，扫
描速度为1400mm/s，扫描间距为0.15mm，层厚为30μm，经计算激光能量密度为59.52j/mm3得到sml成形件。所得sml成形件抗拉强度为427mpa，屈服强度为386mpa，断裂伸长率为15.8％。
29.经时效处理后，抗拉强度为691mpa，屈服强度为665mpa，断裂伸长率为6.5％。
30.实施例2
31.一种增材制造al-mg-sc合金的热处理工艺，具体包括，对sml成形件进行时效处理；所述时效处理温度为325℃，时效处理时间为8h。
32.所述增材制造al-mg-sc合金组成及成形工艺、工艺参数均与实施例1相同。
33.经时效处理后，抗拉强度为660mpa，屈服强度为639mpa，断裂伸长率为6.0％。
34.实施例3
35.一种增材制造al-mg-sc合金的热处理工艺，具体包括，对sml成形件进行时效处理；所述时效处理温度为375℃，时效处理时间为4h。
36.所述增材制造al-mg-sc合金组成及成形工艺、工艺参数均与实施例1相同。
37.经时效处理后，抗拉强度为622mpa，屈服强度为585mpa，断裂伸长率为8.0％。
38.实施例4
39.一种增材制造al-mg-sc合金的热处理工艺，具体包括，对sml成形件进行时效处理；所述时效处理温度为375℃，时效处理时间为8h。
40.所述增材制造al-mg-sc合金组成及成形工艺、工艺参数均与实施例1相同。
41.经时效处理后，抗拉强度为581mpa，屈服强度为536mpa，断裂伸长率为8.5％。
42.对比例1
43.一种增材制造al-mg-sc合金的热处理工艺，具体包括，对sml成形件进行时效处理；所述时效处理温度为270℃，时效处理时间为16h。
44.所述增材制造al-mg-sc合金按照重量百分比包括：sc 0.66％、mg 4.5％、zr 0.3％、mn 0.5％、fe 0.1％、si 0.01％、zn 0.2％、cu 0.2％、cr 0.01％，余量为al。
45.所述增材制造al-mg-sc合金的成形参数包括：slm技术成形，激光功率为200w，扫描速度为300mm/s，扫描间距为0.1mm，层厚为50μm，经计算激光能量密度为133.33j/mm3得到sml成形件。所得sml成形件抗拉强度为325mpa，屈服强度为289mpa，断裂延伸率为17.3％。
46.经时效处理后，抗拉强度约为481mpa，屈服强度为457mpa，断裂延伸率约为6.2％。
47.对比例2
48.一种增材制造al-mg-sc合金的热处理工艺，具体包括，对sml成形件进行时效处理；所述时效处理温度为270℃，时效处理时间为16h。
49.所述增材制造al-mg-sc合金组成及成形工艺、工艺参数均与实施例1相同。
50.经时效处理后，抗拉强度为533mpa，屈服强度为498mpa，断裂伸长率为6.1％。
51.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。