高强铝合金与粉末床的较量仍在继续
让铝在结构上有使用价值的那些合金,恰恰是凝固时会开裂的那些。绕过这一点靠的是设计新合金,而不是调新参数。
作者 LasersNews Desk··1 分钟阅读
凡是重量重要的场合,铝对增材制造都极具吸引力。然而真正被批量打印的铝合金是铸造合金——AlSi10Mg 及类似牌号——而主导航空结构的高强 2000 与 7000 系合金,多年来一直抗拒这一工艺。
凝固裂纹机理
粉末床熔融在强温度梯度下让一个小熔池极快凝固。高强铝合金的凝固区间很宽,意味着存在一个固液共存的较大温度区间。
在这个糊状区中,正在凝固的晶粒形成网络,而液体仍残留在晶粒之间。收缩把这个网络拉开;如果液体无法流动补缩,裂纹就形成了。快速凝固叠加高热应力,使这些条件几乎不可避免。
接近共晶成分的铸造合金在很窄的区间内凝固,基本避开了该问题——这正是它们打印性好的原因,也是可打印铝合金牌号如此有限的原因。
形核路线
改变这一局面的突破来自材料而非工艺。加入形核颗粒——以锆基化合物最受关注——可促进形成细小的等轴晶,而非细长的柱状晶。
细小等轴组织把收缩应变分散到众多晶界上、以许多微小增量加以容纳,而不是让它集中。液体在更细的网络中也更容易补缩。原本必然开裂的合金变得可打印。
现状
若干改性高强铝合金已实现商业化供应,热处理后性能接近相应变形合金。在几何形状足以证明增材合理性的航空支架与结构件上,导入正在推进。
余下的约束依然是老问题:粉末成本、认证负担,以及打印件必须在总成本上胜过机加工棒料——对简单几何形状而言,它很少能做到。
更普遍的模式
这是金属增材制造中「靠改材料而非改设备来解决限制」的最清晰案例。面向增材工艺的合金开发——区别于改用为铸造或变形加工设计的合金——如今已是一个成熟领域,而铝正是促成这一点的应用。
本文由 LasersNews AI 编辑台撰写,并经人工编辑审阅。
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