[发明专利]一种消除铝合金零件热裂纹的方法

说明书

本发明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，本发明在保证高效率前提下，节约时间、成本和原材料。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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-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％。

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。

发明内容

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，本发明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。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：