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3D打印与热处理下的微观组织与硬度之变

更新时间: 2024-11-28 14:53:06  查看次数: 66    
我们对原始 3D 打印状态以及经过热处理工艺后的 DMLS 打印 AlSi10Mg 铝合金点阵结构材料的显微组织、合金硬度等方面进行了详细研究。把 3D 打印的 AlSi10Mg 铝合金和传统铸造出来的合金显微组织放在一起比较,同时也对比了 3D 打印的 AlSi10Mg 铝合金实心材料和点阵结构材料的硬度,以此来分析 DMLS 激光 3D 打印 AlSi10Mg 铝合金点阵结构材料的微观组织和力学性能在热处理工艺下是怎么变化的。结果显示:DMLS 激光 3D 打印 AlSi10Mg 铝合金点阵结构材料的显微组织里有纳米级的球状 Si 颗粒和 Al 基体;而铸造型 Al - Si 系合金的显微组织是由粗大的针状或条状 Si 相以及 Al 基体组成的。
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原始 3D 打印状态下的 DMLS 打印 AlSi10Mg 铝合金点阵结构材料的显微组织有两部分,一部分是晶粒细小的组织,另一部分是受到相邻激光热影响产生的粗大组织,整个组织是由纳米级的球状 Si 颗粒和α - Al 基体构成。经过热处理工艺后,之前因为激光扫描轨迹形成的一层层交错堆垛的熔池样子完全看不到了,热影响区也没了,变成了细小颗粒相均匀分布的显微组织。随着保温时间不断变长,原本在晶界呈胞状形核并聚集析出的细小球状 Si 颗粒相,会重新分布并且长大,从纳米级的颗粒长成块状或尖角状的微米级颗粒,均匀地分布在α - Al 基体上。
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DMLS 激光 3D 打印 AlSi10Mg 铝合金实心材料的显微硬度和点阵结构材料相比,它们的曲线变化比较相似,实心材料整体硬度比点阵结构材料高,硬度最高能达到 112.32HV,不过它硬度快速下降的幅度比点阵结构材料快,到热处理后期实心材料硬度下降的幅度就变得缓慢了。点阵结构材料是有周期性的,一个个单胞排列得很整齐,所以可以只对其中一个单胞结构进行模拟计算和分析,这样就能得到整个点阵结构的力学模型。有相关实验发现,金属金字塔型点阵结构材料的抗压强度和吸能特性都比泡沫铝合金要好,而且更适合在有冲击作用的场合使用。它的能量吸收效率也比金属蜂窝材料高很多。但是,国内的制备技术有限,现在主要还是在对二维点阵结构材料进行研究,对于三维单层甚至多层的铝基点阵结构材料,还没有太多的探索成果。