文|弃墓编辑|弃墓线弧定向能量沉积的实施需要开发新型、工艺适应的高性能铝合金
然而，传统的高强度合金由于容易发生热裂纹而难以加工
基于Al-Mg-Zn的交叉合金在人工时效后具有良好的加工性能和良好的机械性能
在这里，我们提出了使用Ag微合金化进一步改善Al-Mg-Zn交叉合金的机械性能的努力
样品中未观察到裂纹和孔隙率低
微观结构以细颗粒和球状颗粒为主，晶粒尺寸≈26.6μm
晶粒结构基本上没有纹理，并且包含细小的微偏析区≈偏析层厚度为3-5μm
在热处理后，这些微偏析区被溶解并形成T相沉淀物，如衍射实验所澄清的那样
该沉淀反应的显微硬度为≈155HV0.1，屈服强度为391.3MPa和418.6MPa，极限抗拉强度为452.7MPa和529.4MPa，横向和纵向断裂应变分别为3.4%和4.4%
获得的结果表明，使用新开发的铝交叉合金通过线弧定向能量沉积可以制造高负载结构
例如，在航空航天工业中，对具有新功能的结构部件的需求不断增加，因此需要开发新型的、特定于工艺的金属材料
随着增材制造（AM）的出现，除了良好的机械性能外，还需要具有强大加工性能的合金
线弧定向能量沉积（waDED）使用金属原料线材，这些金属原料线被电弧或等离子弧等能量源熔化
然后根据预定义的路径沉积在线尖上形成的液滴
waDED特别适用于中等复杂度的大型结构
与高性能铝合金一起，该技术预计将用于航空工业的未来结构应用，包括机身或机翼结构的制造，因此，传统制造和增材制造可以以高度灵活的方式在混合制造中结合
结果表明，增加的Mg/Zn比可大大降低热裂解敏感性，并能够很好地控制沉淀反应
随着Mg/Zn比的增加，沉淀物结构从η相变为T相
技术和机械性能的结合使这些合金成为未来大规模增材制造部件的合适候选者，具有强大的加工性能和高承载能力
本研究旨在表征一种新型高性能合金，用于制造高负载结构
为此，重点研究将Ag微合金化为Al-5.4 Mg-3.8Zn-0.3Cu（重量%）基础合金的影响及其对waDED加工和随后的热处理后性能改善的影响
通过铸造、后续成型操作和热处理加工的类似合金的机械性能显著提高
在交叉合金中以及传统的合金，Ag已被证明对峰值强度特性有有益的影响
然而，到目前为止，尚未研究与独特的AM特定加工条件的复杂相互作用
为此，原料线材由waDED定制和加工
经过热处理后，使用扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）以及高能同步辐射X射线衍射（HEXRD）对样品进行了表征
使用硬度曲线和拉伸测试评估机械性能
同时，使用热力学模拟计算了相的演变
获得的结果解决了对专用于waDED的新型和先进合金的需求，并有助于了解微合金化对增材制造交叉合金行为的影响
原料线材采用带有热顶模具的垂直连铸制造
蚀刻切片没有显示出任何孔隙，而且这些孔隙将被随后的线材制造路线封闭
从板坯开始，坯料经过去应力热处理后加工
在箱式炉中加热坯料后，这些钢坯被连续挤出成直径为1.6毫米的钢丝
由固溶热处理（SHT）阶段和两步人工时效（AA）处理组成
SHT在纳博热N120/85HA箱式炉中以470°C进行40分钟，然后快速浸入水中
AA在贺利氏UT6200加热箱中以100°C进行3h，然后175°C加热9h，并在空气中冷却
使用热计算2021b和TTAl8热力学数据库计算了当前合金成分的稳定性和稳定相分数
此外，Scheil-Gulliver模拟用于估计waDED期间普遍存在的非平衡条件
该模型考虑了由于快速冷却序列而发生的潜在溶质捕获效应，从而根据已发表的结果估计冷却速率
进一步利用来自热力学模拟的信息来确定最佳SHT温度
SEM在背散射电子（BSE）模式下使用Tescan Mira 在20kV加速电压下进行
金相试样使用连续更细的砂纸等级制造，然后用胶体二氧化硅进行机械化学抛光
拉伸试验后采用二次电子（SE）模式分析断裂表面
EBSD是使用EDAX Hikari Plus EBSD相机系统和EDAX OIM 8软件进行的
为了进行清理，使用了公差为5°的颗粒膨胀，最小粒度为5像素
应用最小置信指数为0.1的邻域置信指数相关性
基于晶体学结构信息的相鉴定是使用高能X射线衍射（HEXRD）在汉堡德国电子同步加速器（DESY）的Petra III操作的Helmholtz Zentrum Hereon操作的P07 HEMS光束线上进行的
为了进行分析，使用Fit2D软件对2D图案进行了方位积分
同步辐射的平均能量为100keV，光束尺寸调整为1×1mm
使用透射模式设置进行分析时，使用直径和不经过4mm直径和8mm长度的waDED样品制成的圆柱形样品
拉伸测试使用两种不同的设施进行：配备8800kN称重传感器的英斯特朗30万能试验机，其中使用两台JAI 500 CCD相机的数字图像相关性确定应变;Zwick Z100万能试验机与接触式引伸计结合使用
获得的结果被认为是可比的;因此，报告的值对应于每种条件的至少三个单独测量值的平均值
所有值均以质量百分比给出
在导线中，六次单独的测量提供了证据，证明银浓度范围为0.20wt.%至0.23wt.%
在WADE后观察到进一步的均质化，因为所有确定的值都是等效的
在两种挥发性化学元素的情况下，观察到变化;在CMT沉积过程中蒸发0.4wt.%镁和0.5wt.%锌
这是由于它们的高蒸气压和对微量氧气的亲和力
在成分分析的准确性内，Cu、Ag和Fe的浓度保持相似，并且不会发生这些元素的蒸发
初级凝固通过大约620°C开始的α-Al相发生，然后形成非常低的金属间Al馏分3铁相
T相的形成开始，这是该合金体系中的主要硬化相，发生在大约430°C时，低于该温度的相位分数急剧上升
因此，SHT设置为470°C，确保T相完全溶解，并在随后的AA步骤中分别在100°C和175°C下控制再沉淀的可能性
在AA处理过程中，会形成细垢硬化沉淀物，这些沉淀物太细而无法通过SEM解析
沿着晶界，这些沉淀物以较粗的方式形成，如从图的插图中可见的晶界装饰
在晶界扩散率增加附近，Mg和Zn的局部偏析效应以及降低的成核屏障可能有助于这些更粗糙的沉淀结构
在竣工材料中鉴定出可与T相发生相关的其他衍射峰
该相是高镁锌比Al-Mg-Zn合金中的主要析出相，而在Mg/Zn比较低的合金中，η相占主导地位
表明该阶段在实际冷却速率期间不会形成，或者其量低于HEXRD的分辨率极限
在热处理条件下，在靠近T相的角位置可以看到肩部和弱/宽峰，这表明在SHT过程中，粗T相溶解，并且在AA期间重新沉淀细颗粒
这会产生所需的强化响应
在相应的角度范围内，在热处理材料中观察到宽的峰和肩部
二维图像显示了竣工条件下定义的环和热处理条件下的斑点环，表明在SHT期间晶粒粗化
颗粒呈等轴状，没有细长结构的有利生长
平均等效圆直径≈26.6μm，推断局部更细的晶粒对应于融合区
该晶粒尺寸相当于以前关于类似加工铝合金的报告
在晶粒较细的区域，凝固速度更快，导致晶粒细化
晶粒形貌是由热梯度、凝固速率和优先成核位点的复杂相互作用引起的，后者受到偏析元素的强烈影响，导致相互依存理论合理化的构成性过冷
通过硬度剖面测量对Al-5.4 Mg-3.8Zn-0.3Cu-0.2Ag合金机械响应的影响进行了初步评估
这些结果如图所示
其中仅显示最低的25mm，因为由于冷却条件的变化，基板附近最容易受到不均匀机械性能的影响
热处理产生的从≈HV95.0到≈1HV155.0的实质性硬化是可见的
在两种条件下观察到的数据散射很少，与SEM观察到的均匀微观结构一致
两种材料条件下的硬度值在WADED和热处理后均接近常规AA1的硬度值15并且接近热处理板材的值
硬度值是均匀的，并且由于AA的原因，硬度值从大约95 HV提高到大约155 HV
热处理材料相对于试样方向的拉伸试验条件的特征机械性能
采用拉伸试验分析了经waDED加工并热处理的新型Al-5.4 Mg-3.8Zn-0.3Cu-0.2Ag合金的力学性能
根据试样取向，屈服强度在390-420MPa的范围内，处于高强度铝合金区域，其性能优于报告为类似但不含银的合金的材料性能
然而，屈服强度仍低于热处理钣金的值，这可能是由于不同的晶粒结构和位错密度
在含Ag的交叉合金中观察到的这种增加的硬化响应被认为是由于强烈的Ag-空位相互作用导致更多的成核位点，从而细化了析出结构
waDED沉积样品的各向异性通过计算各向异性指数来解决，各向异性指数定义为每个属性在纵向和横向方向上的商四舍五入到小数点后一位
这些计算的屈服强度屈服值为，极限抗拉强度为，断裂应变的屈服值为
因此，各向异性行为在极限抗拉强度和断裂应变中最为明显
这种现象与waDED铝合金中存在气孔有关
因此，由于浮力效应导致沿熔池边界优先排列，孔隙在融合区内非随机排列
在垂直于该平面的张力下，形成裂纹，产生对齐孔隙率的聚结和过早失效
加工条件的进一步优化和调整可以减少这些孔隙，这将导致更多的各向同性塑性变形行为
在试样方向方面没有观察到差异
在裂缝表面上可见的孔隙很少，它们通常呈球状形态，表明它们的身份是气体孔隙，而与长宽比明显不同的纵横比则表明凝固过程中收缩导致空腔
这种混合模式断裂特性已经在文献中描述，在Ag改性的热轧和热处理AA7075合金中占主导地位
建议沉淀物特征在晶界附近
其相对粗糙，降低了晶界内聚力
在AA处理过程中，由于沿晶界的扩散增加，这些沉淀物会进一步变粗
增加SHT时间可能会在AA之前提供更均匀的情况，或者减少老化持续时间可能会导致晶界处的积累减少两者都可能有助于解决此问题
对Ag-微合金铝交叉合金（Al-5.4 Mg-3.8Zn-0.3Cu-0.2Ag）进行了线弧定向能量沉积
对沉积和热处理样品的微观组织和力学性能进行了表征
化学成分改性的目的是提高强度，同时保持稳健的加工性能
CMT制造的标本没有裂缝
在金相截面和裂缝表面上可见的孔隙率是球状形态，表明气体是其路径原因
凝固后，形成小尺度的微偏析区（≈3-5μm），在溶液热处理过程中溶解
在人工老化过程中形成细垢T相沉淀物
微观结构由等轴晶粒组成，热处理后的晶粒尺寸≈26.6μm
在进行热处理期间，观察到明显的时效硬化，其中显微硬度从初始≈155 HV0.1达到≈95 HV0.1
在热处理状态下，屈服强度>390MPa，极限抗拉强度>450MPa，断裂应变>3%，由此目前的力学性能各向异性可以通过熔合区内存在排列的孔隙来解释
断裂表面表现出由微延展性和晶间特征组成的混合模式特征，这与晶界装饰的潜在存在有关
总之，所研究的Ag-微合金铝交叉合金是使用waDED制造高负载结构的有趣候选者，例如，用于航空工业的未来结构
该合金具有强大的加工性能和良好的机械性能