面對航空航天、軌道交通等領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)輕量化的迫切需求，“輕質(zhì)高強(qiáng)材料+結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計”已成為先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展的核心方向。高強(qiáng)度鋁合金激光增材制造技術(shù)正在成為解決航空航天、汽車、高鐵等領(lǐng)域復(fù)雜輕量化構(gòu)件成形難題的有效途徑。

然而，傳統(tǒng)2xxx與7xxx鋁合金增材制造面臨“易熱裂、強(qiáng)韌性低且性能分散”的問題，可用于增材制造的商用鋁硅系合金力學(xué)性能不足，難以滿足極端工況下核心零部件對優(yōu)異綜合力學(xué)性能的要求，不利于鋁合金零件的可靠服役。此外，現(xiàn)有增材制造高強(qiáng)鋁合金存在易開裂、殘余應(yīng)力集中、力學(xué)性能各向異性等問題，嚴(yán)重制約其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

基于上述背景，中車研究院先進(jìn)成形技術(shù)研究室于2020年提出了基于裂紋抑制與強(qiáng)韌化協(xié)同的增材制造鋁合金成分設(shè)計方法，并研制出550MPa級高強(qiáng)鋁合金材料和成形工藝。但近年來，隨著市場對鋁合金零部件強(qiáng)度要求的不斷提升，研發(fā)團(tuán)隊經(jīng)過持續(xù)迭代和探索，在第一代材料體系基礎(chǔ)上，深入研究了Al-Si共晶補(bǔ)縮與Sc-Zr晶粒細(xì)化的協(xié)同阻裂機(jī)制，建立了Si含量與Sc-Zr含量的當(dāng)量匹配關(guān)系，系統(tǒng)揭示了Si、Sc元素含量對鋁合金裂紋敏感性、強(qiáng)度和塑性的影響規(guī)律。通過精確調(diào)控Si、Sc元素配比，在有效抑制裂紋形成的同時，顯著提升了析出強(qiáng)化效果，所得析出相呈細(xì)小彌散態(tài)，均勻分布于晶界及晶內(nèi)區(qū)域，從而確保材料在高載荷條件下的變形穩(wěn)定性；同時通過優(yōu)化Mg、Mn元素配比，協(xié)同提升了固溶強(qiáng)化與第二相強(qiáng)化效果。最終成功研制出各向同性、延伸率超過10%的600MPa級超高強(qiáng)增材制造鋁合金材料。

600MPa級超高強(qiáng)鋁合金粉末材料采用真空感應(yīng)熔煉惰性氣體霧化（VIGA）技術(shù)制備，具有優(yōu)異的物理特性：粒徑分布窄、球形度高、空心粉率低、氧含量超低，且批次穩(wěn)定性良好。

600MPa級超高強(qiáng)鋁合金材料具有近全等軸晶粒組織，晶體學(xué)取向呈隨機(jī)分布，晶粒尺寸呈現(xiàn)微米級粗晶與亞微米級細(xì)晶共存的雙峰分布特征。團(tuán)隊同步探索了時效熱處理工藝，實現(xiàn)了納米尺度強(qiáng)化相的均勻彌散析出，同時有效抑制了初生相的粗化行為，時效工藝的精確調(diào)控顯著降低了熔池邊界處的應(yīng)力集中現(xiàn)象，解決了增材制造高強(qiáng)鋁合金材料沿沉積方向拉伸塑性低的難題，獲得了各向同性力學(xué)性能。

600MPa級超高強(qiáng)鋁合金EBSD圖：(a)IPF；(b)晶粒尺寸；(c)極圖

基于“材料-工藝-組織-性能-應(yīng)用”全流程協(xié)同優(yōu)化理念，團(tuán)隊針對大尺寸高強(qiáng)鋁合金零部件增材制造過程中存在的殘余應(yīng)力累積和變形開裂的難題，開發(fā)了融合動態(tài)能量調(diào)控、分區(qū)路徑規(guī)劃和低氧循環(huán)系統(tǒng)的綜合解決方案，實現(xiàn)了熱輸入精確匹配、熱應(yīng)力有效分散、組織均勻性顯著提高，為高性能鋁合金零部件制造提供了可靠工藝保障。

600MPa級超高強(qiáng)增材制造鋁合金形性調(diào)控技術(shù)不僅突破了鋁合金強(qiáng)度-塑性的協(xié)同極限，更攻克了復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造的工藝瓶頸，為軌道交通、航空航天等高端裝備領(lǐng)域高性能、高復(fù)雜度、高精密輕量一體化零部件制造提供了創(chuàng)新性解決方案。

歡迎轉(zhuǎn)發(fā)

千人行業(yè)專家交流Q群：248112776

1.

2.

3.

4.