CN105463352B - 一种以AlSi10Mg为基底的3D打印薄壁件的热处理方法及3D打印薄壁件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以AlSi10Mg为基底的3D打印薄壁件的热处理方法及3D打印薄壁件，属于铝合金的热处理技术领域。该热处理方法包括：将薄壁件进行退火处理，后在高温为160～190℃、低温为‑50～‑60℃的高低温区间内进行高低温循环处理。该方法通过退火处理和高低温循环处理使薄壁件的内部组织更加均匀、稳定，降低了零件的内应力，从而提高了零件尺寸在不同温度下的稳定性，保证了产品品质，使零件尺寸在不同温度条件下变化最小。由该方法得到的3D打印薄壁件可用作头盔显示器等产品。

Description

一种以AlSi10Mg为基底的3D打印薄壁件的热处理方法及3D打 印薄壁件
技术领域
本发明属于铝合金热处理技术领域，具体涉及一种以AlSi10Mg为基底的3D打印薄壁件的热处理方法及3D打印薄壁件。
背景技术
AlSi10Mg是一种铸造铝合金，具有铸造性能好、无热裂倾向、气密性高、线收缩小、耐蚀性好的特点，在航空、仪表及一般机械领域已得到广泛的应用。3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、塑料等可粘性材料，通过逐层打印的方法来构造物体的技术。3D打印制造技术具有加工周期短、可以快速成型的特点，同时在制造结构复杂的薄壁件方面优势明显；该技术已广泛应用于飞行员的头盔显示器等产品中。
在3D打印薄壁件的使用过程中，常会出现在不同温度下变形大的缺陷，从而薄壁件产品的可靠性和产品质量受到影响。现有技术已出现多种针对铝合金薄壁件热处理方法，来获得残余应力小、变形量小的产品。
CN104233125A公开了一种薄壁铝合金材料管壳零件切削加工的热处理工艺，该工艺采用毛坯进行淬火+时效固溶处理，改善材料的切削性能；采用粗加工后的再结晶时效热处理消除应力；半精加工后再进行时效热处理，进一步消除加工应力，保证加工零件内部应力完全释放；车削完工后最后一次稳定加工尺寸的低温热处理。采用上述热处理工序后，零件的加工变形减小，尺寸稳定性得到增强。
CN104498847A公开了一种薄壁型腔结构铝合金支架热处理变形控制方法，该方法通过加热保温、快速冷却、分段校形和工装维形相结合的方法，解决了薄壁型腔结构铝合金变形的问题。
现有技术中，相应的热处理工艺适用于常规成型的铝合金薄壁件，并不适应于铝合金3D打印薄壁件；开发一种针对以AlSi10Mg为基底的3D打印薄壁件的热处理方法，使产品在不同温度下变形量小，各项指标满足使用要求具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种以AlSi10Mg为基底的3D打印薄壁件的热处理方法，从而解决上述薄壁件在不同温度下变形量大的问题。
本发明的第二个目的是提供由上述热处理方法得到的3D打印薄壁件。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：
一种以AlSi10Mg为基底的3D打印薄壁件的热处理方法，包括：将薄壁件进行退火处理，后在高温为160～190℃、低温为-50～-60℃的高低温区间内进行高低温循环处理，即得。
零件在加工过程中会有较大的应力残留，使合金的应力腐蚀倾向显著增加，组织和性能稳定性下降，所以必须进行退火及稳定化处理。应力消除的程度从工艺上来说主要取决于温度和时间。理论上温度越高、保温时间越长则应力消除得越彻底。但在生产中，消除应力的同时还需要保持零件有较好的力学性能，而过高的温度会降低零件的强度，过长的时间则会降低生产效率，所以温度的选择十分重要。
本发明所提供的以AlSi10Mg为基底的3D打印薄壁件的热处理方法，将薄壁件通过退火处理和高低温循环处理，使薄壁件的内部组织更加均匀、稳定，降低了零件的内应力，从而提高了零件尺寸在不同温度下的稳定性，保证了产品品质，使零件尺寸在不同温度条件下变化最小。
所述退火处理的温度为260～360℃，保温时间为1～4h。保温后，优选以空冷方式冷却至室温。
高温的保温时间为2～4h，低温的保温时间为2～4h。
高温到低温的降温速率为3～10℃/min，低温到高温的升温速率为3～10℃/min。在上述参数控制下进行的高低温循环可以更好的减少3D打印薄壁件的内应力，使铝合金组织的稳定性更好，从而更好的保证产品的质量。
所述高低温循环的次数为5～7次。
高低温循环处理后空冷至室温。
优选的，所述退火处理的温度为320℃，保温时间为3h；在高温为180℃、低温为-60℃的高低温区间内循环处理5次。
本发明同时提供由上述热处理方法得到的3D打印薄壁件。
本发明提供的以AlSi10Mg为基底的3D打印薄壁件的热处理方法，热处理工艺简单易行，配合3D打印技术可方便的获得质量稳定的3D打印薄壁件，该产品满足国军标的各项指标，相关产品可以满足在飞机上的使用要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例的以AlSi10Mg为基底的3D打印薄壁件的热处理方法，包括以下步骤：
1)将通过3D打印得到的AlSi10Mg薄壁件进行退火处理，退火的温度为260℃，保温时间为4h，空冷；
2)将薄壁件在高温为160℃、低温为-50℃的高低温区间内进行高低温循环处理；首先使薄壁件升温至160℃，保温4h，以3℃/min的速率降温至-50℃，保温2h，再以3℃/min的速率升温至160℃，保温4h，完成一个循环；持续进行6次循环，空冷，即得。
实施例2
本实施例的以AlSi10Mg为基底的3D打印薄壁件的热处理方法，包括以下步骤：
1)将通过3D打印得到的AlSi10Mg薄壁件进行退火处理，退火的温度为360℃，保温时间为1h，空冷；
2)将薄壁件在高温为160℃、低温为-50℃的高低温区间内进行高低温循环处理；首先使薄壁件升温至190℃，保温2h，以10℃/min的速率降温至-60℃，保温2h，再以10℃/min的速率升温至190℃，保温2h，完成一个循环；持续进行7次循环，空冷，即得。
实施例3
本实施例的以AlSi10Mg为基底的3D打印薄壁件的热处理方法，包括以下步骤：
1)将通过3D打印得到的AlSi10Mg薄壁件进行退火处理，退火的温度为320℃，保温时间为3h，空冷；
2)将薄壁件在高温为180℃、低温为-60℃的高低温区间内进行高低温循环处理；首先使薄壁件升温至180℃，保温2h，以3℃/min的速率降温至-60℃，保温3h，再以3℃/min的速率升温至180℃，保温2h，完成一个循环；持续进行5次循环，空冷，即得。
实施例4～44
实施例4～44的以AlSi10Mg为基底的3D打印薄壁件的热处理方法，各步骤的工艺参数列于表1中。
表1 实施例4～44的热处理方法工艺控制参数
试验例
本试验例对各实施例和对比例所得的3D打印薄壁件的变形量和抗拉强度进行检测，相关检测均在室温下进行，试件每100mm的变形量和抗拉强度检测结果如表1所示。
表2 各实施例和对比例所得3D打印薄壁件的性能检测结果
项目 变形量，mm/100mm 抗拉强度，MPa
实施例1 0.15 280
实施例2 0.099 264
实施例3 0.05 195
实施例4 0.145 275
实施例5 0.145 274
实施例6 0.142 274
实施例7 0.138 273
实施例8 0.138 272
实施例9 0.136 271
实施例10 0.136 271
实施例11 0.13 270
实施例12 0.13 270
实施例13 0.128 269
实施例14 0.129 268
实施例15 0.125 268
实施例16 0.126 268
实施例17 0.123 267
实施例18 0.123 267
实施例19 0.12 267
实施例20 0.118 266
实施例21 0.119 266
实施例22 0.116 265
实施例23 0.113 265
实施例24 0.109 265
实施例25 0.109 265
实施例26 0.106 264
实施例27 0.1 264
实施例28 0.995 264
实施例29 0.994 260
实施例30 0.993 200
实施例31 0.993 199
实施例32 0.993 199
实施例33 0.992 198
实施例34 0.992 197
实施例35 0.992 196
实施例36 0.991 195
实施例37 0.992 195
实施例38 0.992 195
实施例39 0.993 195
实施例40 0.992 195
实施例41 0.992 195
实施例42 0.992 195
实施例43 0.992 195
实施例44 0.992 190
由表1的试验结果可知，本发明制备的以AlSi10Mg为基底的3D打印薄壁件，每100mm的变形量低至0.995mm，抗拉强度达到264MPa，各项指标满足头盔显示器的使用要求。

Claims (7)

1.一种以AlSi10Mg为基底的3D打印薄壁件的热处理方法，其特征在于，包括：将通过3D打印得到的AlSi10Mg薄壁件进行退火处理，后在高温为160～190℃、低温为-50～-60℃的高低温区间内进行高低温循环处理，即得；所述退火处理的温度为260～360℃，保温时间为1～4h。
2.如权利要求1所述的3D打印薄壁件的热处理方法，其特征在于，高低温循环处理过程中，高温的保温时间为2～4h，低温的保温时间为2～4h。
3.如权利要求1所述的3D打印薄壁件的热处理方法，其特征在于，高低温循环处理过程中，高温到低温的降温速率为3～10℃/min，低温到高温的升温速率为3～10℃/min。
4.如权利要求1～3中任一项所述的3D打印薄壁件的热处理方法，其特征在于，所述高低温循环的次数为5～7次。
5.如权利要求1所述的3D打印薄壁件的热处理方法，其特征在于，高低温循环处理后空冷至室温。
6.如权利要求1所述的3D打印薄壁件的热处理方法，其特征在于，所述退火处理的温度为320℃，保温时间为3h；在高温为180℃、低温为-60℃的高低温区间内循环处理5次。
7.一种由权利要求1所述的热处理方法得到的3D打印薄壁件。
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