一种消除铝合金零件热裂纹的方法技术

本发明专利技术公开的一种消除铝合金零件热裂纹的方法，属于金属增材制造领域。本发明专利技术采用粉末沉积增材制造方法，将经筛选、真空干燥后的铝合金粉体加工成铝合金零件；需保证在增材制造过程中停留多次；每次停留一段时间；得到不含热裂纹的增材制造铝合金零件。本发明专利技术采用粉末沉积增材制造方法加工铝合金零件，通过调控增材制造过程中相邻打印层之间的间隔时间，改变成型块体温度分布，打破连续枝晶间液膜，得到不含热裂纹且机械性能显著提高的增材制造铝合金零件。本发明专利技术能够消除增材制造铝合金中的热裂纹，改善其机械性能，能够满足汽车工业发展对铝合金车身板的性能要求，更能保证其安全性。此外，本发明专利技术在保证高效率前提下，节约时间、成本和原材料。成本和原材料。成本和原材料。

【技术实现步骤摘要】
一种消除铝合金零件热裂纹的方法


[0001]本专利技术涉及一种消除铝合金零件热裂纹的方法，属于金属增材制造领域。

技术介绍

[0002]6061铝合金由于高比强度而成为一种应用广泛的轻质金属，尤其是一种理想的汽车车身轻量化材料。采用粉末沉积增材制造方法加工6061铝合金车身板，快速高效的同时节约了原材料和制造成本，更加速了设计迭代而缩短研发周期，是汽车车身板制造的最理想方式之一。
[0003]然而，铝合金粉末的吸湿度较高、流动性较差，其中的Mg元素在高激光功率下易发生剧烈的蒸发现象，以上因素导致增材制造铝合金零件中容易出现孔洞类缺陷。目前诸多研究表明，这种孔洞缺陷是无法避免的，后续进行热处理或表面处理也不能将其完全消除。此外，铝合金的热导率和激光反射率较高，为了确保其粉体充分熔化凝固，在增材制造过程中需使用较高的激光功率，导致形成粗大的柱状晶微观组织；而6061铝合金的凝固温度范围和热膨胀系数较大，快速凝固时会形成复杂的枝晶网络，并产生明显的体积收缩，因此极易在粗大的柱状晶晶界间形成热裂纹而开裂。总而言之，以上所述的金属缺陷导致采用增材制造方法加工的6061铝合金零件性能差，应用于汽车车身板、船舶船体等中大型结构件时成品不安全，严重限制了增材制造方法在铝合金领域的应用。
[0004]为了消除增材制造铝合金中的热裂纹而改善其机械性能，有研究在6061铝合金粉体中加入ZrH2形核剂粉末，通过将柱状晶转变为等轴晶而消除热裂纹。然而，这种新成分6061/ZrH2铝合金距离投入实际工业生产仍有很长一段路要走。其一，该研究并未报道这种增材制造6061/ZrH2铝合金零件的机械性能，并不一定能满足工业要求；其二，加入ZrH2形核剂后，废旧6061铝合金零件在回收冶炼时需增加额外工序，不利于其循环再利用；其三，针对6061/ZrH2铝合金的研究尚不全面，其应用稳定性仍待时间的检验。此外，有研究发现适当提高激光功率、降低扫描速度或采取Pre
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sinter预烧结扫描策略，可以抑制增材制造6061铝合金中的热裂纹倾向性，但也并未报道相应的机械性能。另有研究发现在选区熔化增材制造6061铝合金时，将粉末床温度从室温提高至500℃可以有效抑制热裂纹形成，但其机械性能仍远低于铸造6061铝合金：硬度54Hv，屈服强度60MPa，抗拉强度130MPa，均匀伸长率15％。
[0005]近年来对增材制造铝合金的研究还主要局限在微观形貌层面，有关其性能突破的报道少之又少，更是几乎没有关于粉末沉积增材制造6061铝合金性能的报道。目前，增材制造铝合金零件的机械性能与其变形态还有一定差距，仍难满足汽车工业发展对铝合金车身板的性能要求。彻底消除增材制造6061铝合金零件中的热裂纹问题而改善其机械性能，已成为当前铝工业亟待解决的问题，也是汽车制造业高速发展的迫切需求。

技术实现思路

[0006]为了解决增材制造铝合金时热裂纹导致其性能差、相应零件不够坚固、安全指数
低的问题，本专利技术的目的是提供一种消除铝合金零件热裂纹的方法，采用粉末沉积增材制造方法加工铝合金零件，通过调控增材制造过程中相邻打印层之间的间隔时间，改变成型块体的温度分布，打破连续枝晶间液膜，得到不含热裂纹且机械性能大大提高的增材制造铝合金零件。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0008]本专利技术公开的一种消除铝合金零件热裂纹的方法，采用粉末沉积增材制造方法，将经筛选、真空干燥后的铝合金粉体加工成铝合金零件；需保证在增材制造过程中停留多次；每次停留一段时间；得到不含热裂纹的铝合金零件；
[0009]所述铝合金粉体为6061铝合金粉体；
[0010]所述停留方法为：每打印N次停留一定时间；N≥1；
[0011]所述停留一段时间为不少于5s；
[0012]所述6061铝合金粉体的成分和重量百分比为：Si0.4～0.8wt.％，Mg0.8～1.2wt.％，Cu0.15～0.40wt.％，Fe≤0.20wt.％，Mn≤0.15wt.％，Cr0.04～0.35wt.％，Zn≤0.25wt.％，Co≤0.015wt.％，Ti≤0.15wt.％，余者为Al元素。
[0013]所述筛取6061铝合金粉末粒径范围为45～200μm。
[0014]所述将6061铝合金粉体置于真空干燥箱中烘干，烘干温度为100～200℃，烘干时间为1～8h。
[0015]所述粉末沉积增材方法的工艺参数为：激光功率500～3000W，扫描速度400～1000mm/min，送粉速率1～8g/min，束斑直径0.1～8mm。
[0016]所述粉末沉积增材方法制造6061铝合金的扫描策略分别为X型、S型或随机端点型：
[0017](1)X型：每层进行单向扫描，激光扫描方向每一层旋转一次，旋转角度为α，α为0
°
、90
°
或180
°
；
[0018](2)S型：每层进行蛇形扫描，激光扫描方向每一层旋转一次，旋转角度为α，α为0
°
、90
°
或180
°
；
[0019](3)随机端点型：每一层的打印起始点从四个顶角处随机生成，相邻四层的打印起始点各不相同，分别为四个顶角，即每四层为一轮，每轮的起始点涵盖了四个顶角。
[0020]所述铝合金零件，硬度≥65Hv，屈服强度≥65MPa，抗拉强度≥120MPa，均匀伸长率≥5％。
[0021]对所述铝合金零件进行固溶时效处理，获得峰值时效T6态6061铝合金零件，其中固溶温度为500～600℃，固溶时间为1～10h，时效温度为150～250℃，时效时间为2～20h。
[0022]所述铝合金零件三维模型，在峰值时效T6态的硬度≥120Hv，屈服强度≥240MPa，抗拉强度≥250MPa，均匀伸长率≥5％。
[0023]有益效果：
[0024](1)本专利技术公开的一种消除铝合金零件热裂纹的方法，能够有效释放激光加工过程中的累积热应力，消除增材制造铝合金中的热裂纹，从而改善增材制造6061铝合金零件的机械性能，其机械性能可与铸造乃至变形6061铝合金零件相媲美，满足工业要求，保证其用于制造汽车车身板时的安全性。
[0025](2)与采用传统的“毛坯成形”技术制备6061铝合金零件相比，本专利技术公开的一种
消除铝合金零件热裂纹的方法，能够实现快速设计迭代，节省反复开模而耗费的时间和成本。
[0026](3)与采用其他类别增材制造技术制备6061铝合金零件相比，本专利技术公开的一种消除铝合金零件热裂纹的方法，能够提高生产效率，缩短生产周期，并能够实现大尺寸零件制造，是汽车车身板制造的理想制备工艺。
附图说明
[0027]图1为粉末沉积增材制造6061铝合金粉体以及成型零件的照片。(a)粉末沉积增材制造6061铝合金粉体的扫描电镜图像；(b)粉末沉积增材制造6061铝合金零件的照片；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消除铝合金零件热裂纹的方法，其特征在于：采用粉末沉积增材制造方法，将经筛选、真空干燥后的铝合金粉体加工成铝合金零件；需保证在增材制造过程中停留多次；每次停留一段时间；消除铝合金零件热裂纹，得到机械性能大大提高的铝合金零件。2.如权利要求1所述的一种消除铝合金零件热裂纹的方法，其特征在于：所述铝合金粉体为6061铝合金粉体。3.如权利要求2所述的一种消除铝合金零件热裂纹的方法，其特征在于：所述停留方法为：每打印N次停留一定时间；N≥1；所述停留一段时间为不少于5s。4.如权利要求3所述的一种消除铝合金零件热裂纹的方法，其特征在于：所述6061铝合金粉体的成分和重量百分比为：Si0.4～0.8wt.％，Mg0.8～1.2wt.％，Cu0.15～0.40wt.％，Fe≤0.20wt.％，Mn≤0.15wt.％，Cr0.04～0.35wt.％，Zn≤0.25wt.％，Co≤0.015wt.％，Ti≤0.15wt.％，余者为Al元素。5.如权利要求4所述的一种消除铝合金零件热裂纹的方法，其特征在于：所述筛取6061铝合金粉末粒径范围为45～200μm。6.如权利要求4所述的一种消除铝合金零件热裂纹的方法，其特征在于：所述将6061铝合金粉体置于真空干燥箱中烘干，烘干温度为100～200℃，烘干时间为1～8h。7.如权利要求4所述的一种消除铝合金零件热裂纹的方法，其特征在于：所述粉末沉积增材方法的工艺参数为：激光功率500～3000W，扫描速度400～1000...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱锋，李雯哲，程兴旺，梁耀健，朱逸超，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：