CN111922347A - 一种3d打印铝合金的热处理方法 - Google Patents

一种3d打印铝合金的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种3D打印铝合金的热处理方法,所述方法包括以下步骤:将3D打印铝合金试样进行热等静压处理,然后随炉冷却;将处理后的试样进行固溶处理,然后进行水冷;再将该试样进行时效处理,空冷后得到热处理后的3D打印铝合金。本发明通过采用热等静压、固溶以及时效的组合热处理工艺,并辅以适宜的冷却方式,来提高3D打印铝合金材料的致密度与强度,尤其是能够消除材料内部残余应力,提高屈服强度和延伸率等塑性性能,改善了铝合金材料的综合力学性能,扩展了3D打印金属材料的应用领域;所述组合热处理工艺针对3D打印金属材料的缺陷进行选择,对于各类金属材料性能的改善均有借鉴作用。

Description

一种3D打印铝合金的热处理方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域,涉及一种3D打印铝合金的热处理方法。
背景技术
金属3D打印技术具有尺寸精度高、表面质量好、成形件性能优异等优点,尤其是可以实现几十甚至上百个传统零件的一体成形,可以完成高复杂程度、薄壁件的精确成形,被各国优先推广,在众多领域应用广泛。作为金属3D打印的重要材料之一,铝合金由于具有密度轻、弹性好、比刚度和比强度高等一系列优良特性,在军工、航空航天、汽车制造等领域已经被广泛的应用且具有很好的发展前景。
虽然3D打印制备的铝合金的力学性能高于传统铸造铝合金,但由于铝合金粉体的流动性较差,而熔融铝的低流动性会导致成形件打印过程不稳定,孔隙率高,且打印件沉积态残余应力大。CN 105463352A公开了一种以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,该方法通过退火处理和高低温循环处理来降低零件的内应力,但所得材料的塑性性能仍有待进一步提高,综合性能还需改善。
CN109797353A公开了一种铝合金构件的热处理工艺,所述铝合金构件为增材制造的铝硅系铝合金构件,该工艺包括:对构建件进行加热处理,升温至去应力处理温度,控制去应力处理温度为160-180℃,保温120-150min,完成去应力处理;对构建继续进行加热处理,升温至塑韧化处理温度,控制塑韧化处理温度为260-300℃,保温30-50min,完成后对构件降温冷却;虽然该处理工艺对现有的3D打印件普遍存在的内部残余应力大,塑性较差等缺点进行了改进,但处理方式较为单一,难以形成协同提升租用,对铝合金的高性能要求仍有差距。
综上所述,对于3D打印金属件的热处理工艺的选择,还需选择多种热处理方式相组合,在消除内应力的同时,还可消除内部缺陷,提高强度、塑性等综合力学性能。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明的目的在于提供一种3D打印铝合金的热处理方法,所述方法依次采用热等静压、固溶以及时效的组合热处理工艺,将3D打印铝合金试样进行热处理,以解决3D打印法制备的铝合金内部应力较大的问题,既能够消除内部残余应力,提高强度,又能够提高材料的屈服强度和延伸率,使其综合力学性能优异,从而能够扩展其应用范围。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
本发明提供了一种3D打印铝合金的热处理方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将3D打印铝合金试样进行热等静压处理,然后随炉冷却;
(2)将步骤(1)处理后的试样进行固溶处理,然后进行水冷;
(3)将步骤(2)处理后的试样进行时效处理,空冷后得到热处理后的3D打印铝合金。
本发明中,由于3D打印法制备的铝合金材料存在孔隙率高、内部残余应力大的缺陷,因而采用热等静压+固溶+时效的组合热处理工艺,并依据热处理方式的不同采用不同的冷却方式,通过热等静压工艺可以提高材料的致密度,消除内应力,固溶和时效处理在消除其内部应力的同时,还能够提高其屈服强度和延伸率等塑性性能,使得材料的综合力学性能优异,从而扩展3D打印金属材料的应用范围。
以下作为本发明优选的技术方案,但不作为本发明提供的技术方案的限制,通过以下技术方案,可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述铝合金包括铝硅合金,优选为AlSi10Mg和/或AlSi7Mg。
优选地,步骤(1)所述铝合金3D打印成型的方法为:将铝合金粉末置于3D打印设备的供粉仓中,调节基板的预热温度和铝合金粉末的铺粉厚度,用激光进行扫描照射,烧结后重新铺粉打印,多次重复至粉末烧结实体与基板结合。
本发明中,3D打印又称增材制造,是一种通过逐层打印的方式制造产品的技术,所述3D打印设备采用Concept Laser 1000R增材制造设备,以激光扫描使铝合金熔融再凝固来进行铝合金的层状成型。
作为本发明优选的技术方案,所述铝合金粉末置于3D打印设备前,先进行干燥。
优选地,所述基板的预热温度为100~150℃,例如100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,所述铝合金粉末采用刮刀均匀铺在3D打印设备的加工平台上。
优选地,所述铝合金粉末的铺粉厚度为30~60μm,例如30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm或60μm等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,所述激光的功率为300~600W,例如300W、350W、400W、450W、500W、550W或600W等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,所述激光扫描的速度为1000~2000mm/s,例如1000mm/s、1000mm/s、1200mm/s、1400mm/s、1600mm/s、1800mm/s或2000mm/s等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,所述激光扫描时的光斑直径为80~120μm,例如80μm、85μm、90μm、95μm、100μm、105μm、110μm、115μm或120μm等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,所述重新铺粉打印的次数至少为3次,例如3次、4次、5次或6次等,打印次数的选择与所需材料的尺寸以及每次铺粉厚度的选择有关。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述热等静压处理在热等静压成形室内进行。
优选地,步骤(1)所述热等静压处理的温度为460~540℃,例如460℃、470℃、480℃、490℃、500℃、510℃、520℃、530℃或540℃等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述热等静压处理的压力为100~150MPa,例如100MPa、110MPa、120MPa、130MPa、140MPa或150MPa等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述热等静压处理的保温时间为2~4h,例如2h、2.5h、3h、3.5h或4h等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述热等静压处理的升温速率为3~10℃/min,例如3℃/min、5℃/min、7℃/min、8℃/min或10℃/min等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述随炉冷却的速率为5~20℃/min,例如5℃/min、7℃/min、9℃/min、12℃/min、15℃/min、18℃/min或20℃/min等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中,热等静压处理后选择随炉冷却主要是为了使应力释放更加充分。
作为本发明优选的技术方案,步骤(2)所述固溶处理在空气循环炉内进行。
优选地,步骤(2)所述固溶处理的温度为500~540℃,例如500℃、505℃、510℃、515℃、520℃、525℃、530℃、535℃或540℃等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(2)所述固溶处理的升温速率为4~8℃/min,例如4℃/min、4.5℃/min、5℃/min、5.5℃/min、6℃/min、6.5℃/min、7℃/min、7.5℃/min或8℃/min等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(2)所述固溶处理的保温时间为1~3h,例如1h、1.5h、2h、2.5h或3h等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,步骤(2)所述固溶处理后,试样置于冷水中冷却。
优选地,步骤(2)所述水冷的降温速率为200~500℃/min,例如200℃/min、250℃/min、300℃/min、350℃/min、400℃/min、450℃/min或500℃/min等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,所述固溶处理后试样从取出到置于冷水中的时间间隔控制在10~30s内,例如10s、15s、20s、25s或30s等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,步骤(3)所述时效处理的温度为150~170℃,例如150℃、155℃、160℃、165℃或170℃等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(3)所述时效处理的升温速率为2~3℃/min,例如2℃/min、2.2℃/min、2.4℃/min、2.5℃/min、2.7℃/min、2.8℃/min或3℃/min等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(3)所述时效处理的保温时间为2~8h,例如2h、3h、4h、5h、6h、7h或8h等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(3)所述时效处理后试样置于空气中冷却。
优选地,步骤(3)所述空冷的降温速率为50~150℃/min,例如50℃/min、60℃/min、80℃/min、100℃/min、120℃/min或150℃/min等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,所述方法包括以下步骤:
(1)将3D打印铝合金试样进行热等静压处理,所述热等静压处理的温度为460~540℃,压力为100~150MPa,保温时间为2~4h,然后随炉冷却,随炉冷却的速率为5~20℃/min;其中,铝合金试样3D打印成型的方法为:将干燥后的铝合金粉末置于3D打印设备的供粉仓中,调节基板的预热温度为100~150℃,铝合金粉末的铺粉厚度为30~60μm,用激光进行扫描照射,所述激光的功率为300~600W,激光扫描速度为1000~2000mm/s,激光扫描时的光斑直径为80~120μm,烧结后重新铺粉打印,至少重复3次至粉末烧结实体与基板结合;
(2)将步骤(1)处理后的试样进行固溶处理,所述固溶处理的温度为500~540℃,升温速率为4~8℃/min,保温时间为1~3h,然后进行水冷,水冷的降温速率为200~500℃/min,固溶处理后试样从取出到置于冷水中的时间间隔控制在10~30s内;
(3)将步骤(2)处理后的试样进行时效处理,所述时效处理的温度为150~170℃,升温速率为2~3℃/min,保温时间为2~8h,然后进行空冷,所述空冷的降温速率为50~150℃/min,得到热处理后的3D打印铝合金。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明通过采用热等静压、固溶以及时效的组合热处理工艺,来提高3D打印铝合金材料的致密度与强度,尤其是能够消除材料内部残余应力,提高屈服强度和延伸率等塑性性能,改善了铝合金材料的综合力学性能;
(2)本发明所述组合热处理工艺针对3D打印金属材料的缺陷进行选择,并辅以适宜的冷却方式,对于各类金属材料性能的改善均有借鉴作用。
具体实施方式
为更好地说明本发明,便于理解本发明的技术方案,下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简易例子,并不代表或限制本发明的权利保护范围,本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施方式部分提供了一种3D打印铝合金的热处理方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将3D打印铝合金试样进行热等静压处理,然后随炉冷却;
(2)将步骤(1)处理后的试样进行固溶处理,然后进行水冷;
(3)将步骤(2)处理后的试样进行时效处理,空冷后得到热处理后的3D打印铝合金。
以下为本发明典型但非限制性实施例:
实施例1:
本实施例提供了一种3D打印铝合金的热处理方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将3D打印铝合金试样置于热等静压成形室内进行热等静压处理,所述热等静压处理的温度为500℃,升温速率为5℃/min,压力为100MPa,保温3h,然后随炉冷却,随炉冷却的速率为10℃/min;
其中,所述铝合金试样3D打印成型的方法为:
将AlSi7Mg粉末烘干后置于3D打印设备的供粉仓中,调节基板的预热温度为100℃,采用刮刀将粉末均匀铺在加工平台上,铺粉厚度为30μm,用激光进行扫描照射,所述激光的功率为300W,激光扫描速度为1000mm/s,激光扫描时的光斑直径为80μm,烧结后重新铺粉打印,多次重复至粉末烧结实体与基板结合,得到尺寸为10mm×10mm×70mm的AlSi7Mg拉伸试棒;
(2)将步骤(1)处理后的试样置于空气循环炉进行固溶处理,所述固溶处理的温度为500℃,升温速率为6℃/min,保温2h,然后进行水冷,水冷的降温速率为400℃/min,固溶处理后试样从取出到置于冷水中的时间间隔控制在20s内;
(3)将步骤(2)处理后的试样进行时效处理,所述时效处理的温度为150℃,升温速率为2℃/min,保温5h,然后进行空冷,所述空冷的降温速率为60℃/min,得到热处理后的3D打印铝合金。
本实施例中,经过热处理后的3D打印铝合金材料的屈服强度达到281.3MPa,抗拉强度达到326.7MPa,延伸率达到11.82%,材料的综合力学性能好,相比只进行时效处理的铸造铝合金材料,后者的屈服强度260MPa,抗拉强度仅为290MPa,延伸率仅为2%。
实施例2:
本实施例提供了一种3D打印铝合金的热处理方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将3D打印铝合金试样置于热等静压成形室内进行热等静压处理,所述热等静压处理的温度为520℃,升温速率为6℃/min,压力为130MPa,保温2h,然后随炉冷却,随炉冷却的速率为12℃/min;
其中,所述铝合金试样3D打印成型的方法为:
将AlSi10Mg粉末烘干后置于3D打印设备的供粉仓中,调节基板的预热温度为130℃,采用刮刀将粉末均匀铺在加工平台上,铺粉厚度为40μm,用激光进行扫描照射,所述激光的功率为400W,激光扫描速度为1500mm/s,激光扫描时的光斑直径为100μm,烧结后重新铺粉打印,多次重复至粉末烧结实体与基板结合,得到尺寸为10mm×10mm×70mm的AlSi10Mg拉伸试棒;
(2)将步骤(1)处理后的试样置于空气循环炉进行固溶处理,所述固溶处理的温度为520℃,升温速率为4℃/min,保温3h,然后进行水冷,水冷的降温速率为450℃/min,固溶处理后试样从取出到置于冷水中的时间间隔控制在10s内;
(3)将步骤(2)处理后的试样进行时效处理,所述时效处理的温度为165℃,升温速率为2.5℃/min,保温4h,然后进行空冷,所述空冷的降温速率为135℃/min,得到热处理后的3D打印铝合金。
本实施例中,经过热处理后的3D打印铝合金材料的屈服强度达到295.4MPa,抗拉强度达到332.5MPa,延伸率达到10.9%,材料的综合力学性能好,相比只进行固溶和时效处理的3D打印铝合金材料,后者的屈服强度为252.6MPa,抗拉强度为305.4MPa,延伸率为8.28%,均低于本实施例中的性能。
实施例3:
本实施例提供了一种3D打印铝合金的热处理方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将3D打印铝合金试样置于热等静压成形室内进行热等静压处理,所述热等静压处理的温度为540℃,升温速率为3℃/min,压力为150MPa,保温4h,然后随炉冷却,随炉冷却的速率为8℃/min;
其中,所述铝合金试样3D打印成型的方法为:
将AlSi10Mg粉末烘干后置于3D打印设备的供粉仓中,调节基板的预热温度为150℃,采用刮刀将粉末均匀铺在加工平台上,铺粉厚度为60μm,用激光进行扫描照射,所述激光的功率为550W,激光扫描速度为1700mm/s,激光扫描时的光斑直径为120μm,烧结后重新铺粉打印,多次重复至粉末烧结实体与基板结合,得到尺寸为10mm×10mm×70mm的AlSi10Mg拉伸试棒;
(2)将步骤(1)处理后的试样置于空气循环炉进行固溶处理,所述固溶处理的温度为540℃,升温速率为8℃/min,保温1h,然后进行水冷,水冷的降温速率为500℃/min,固溶处理后试样从取出到置于冷水中的时间间隔控制在30s内;
(3)将步骤(2)处理后的试样进行时效处理,所述时效处理的温度为170℃,升温速率为3℃/min,保温8h,然后进行空冷,所述空冷的降温速率为150℃/min,得到热处理后的3D打印铝合金。
本实施例中,经过热处理后的3D打印铝合金材料的屈服强度达到302.4MPa,抗拉强度达到345.5MPa,延伸率达到10.0%,材料的综合力学性能好,相比只进行直接人工时效处理的3D打印铝合金材料,后者的延伸率达到4.92%,明显低于本实施例中的数据,塑性性能较差。
实施例4:
本实施例提供了一种3D打印铝合金的热处理方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将3D打印铝合金试样置于热等静压成形室内进行热等静压处理,所述热等静压处理的温度为480℃,升温速率为8℃/min,压力为120MPa,保温2.5h,然后随炉冷却,随炉冷却的速率为15℃/min;
其中,所述铝合金试样3D打印成型的方法与实施例1相同。
(2)将步骤(1)处理后的试样置于空气循环炉进行固溶处理,所述固溶处理的温度为510℃,升温速率为5℃/min,保温2.5h,然后进行水冷,水冷的降温速率为350℃/min,固溶处理后试样从取出到置于冷水中的时间间隔控制在25s内;
(3)将步骤(2)处理后的试样进行时效处理,所述时效处理的温度为155℃,升温速率为2.4℃/min,保温6h,然后进行空冷,所述空冷的降温速率为100℃/min,得到热处理后的3D打印铝合金。
本实施例中,经过热处理后的3D打印铝合金材料的屈服强度达到285.7MPa,抗拉强度达到342.4MPa,延伸率达到10.76%,材料的综合力学性能好。
实施例5:
本实施例提供了一种3D打印铝合金的热处理方法,所述方法包括以下步骤:
(1)将3D打印铝合金试样置于热等静压成形室内进行热等静压处理,所述热等静压处理的温度为460℃,升温速率为10℃/min,压力为140MPa,保温3.5h,然后随炉冷却,随炉冷却的速率为5℃/min;
其中,所述铝合金试样3D打印成型的方法与实施例2相同。
(2)将步骤(1)处理后的试样置于空气循环炉进行固溶处理,所述固溶处理的温度为530℃,升温速率为7℃/min,保温1.5h,然后进行水冷,水冷的降温速率为250℃/min,固溶处理后试样从取出到置于冷水中的时间间隔控制在15s内;
(3)将步骤(2)处理后的试样进行时效处理,所述时效处理的温度为160℃,升温速率为2.7℃/min,保温4h,然后进行空冷,所述空冷的降温速率为90℃/min,得到热处理后的3D打印铝合金。
本实施例中,经过热处理后的3D打印铝合金材料的屈服强度达到287.5MPa,抗拉强度达到340.7MPa,延伸率达到10.08%,材料的综合力学性能好。
综合上述实施例可以看出,本发明通过采用热等静压、固溶以及时效的组合热处理工艺,来提高3D打印铝合金材料的致密度与强度,尤其是能够消除材料内部残余应力,提高屈服强度和延伸率等塑性性能,改善了铝合金材料的综合力学性能,扩展了3D打印金属材料的应用领域;所述组合热处理工艺针对3D打印金属材料的缺陷进行选择,并辅以适宜的冷却方式,对于各类金属材料性能的改善均有借鉴作用。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法,但本发明并不局限于上述详细方法,即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明方法的等效替换及辅助操作的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印铝合金的热处理方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)将3D打印铝合金试样进行热等静压处理,然后随炉冷却;
(2)将步骤(1)处理后的试样进行固溶处理,然后进行水冷;
(3)将步骤(2)处理后的试样进行时效处理,空冷后得到热处理后的3D打印铝合金。
2.根据权利要求1所述的热处理方法,其特征在于,步骤(1)所述铝合金包括铝硅合金,优选为AlSi10Mg和/或AlSi7Mg;
优选地,步骤(1)所述铝合金3D打印成型的方法为:将铝合金粉末置于3D打印设备的供粉仓中,调节基板的预热温度和铝合金粉末的铺粉厚度,用激光进行扫描照射,烧结后重新铺粉打印,多次重复至粉末烧结实体与基板结合。
3.根据权利要求2所述的热处理方法,其特征在于,所述铝合金粉末置于3D打印设备前,先进行干燥;
优选地,所述基板的预热温度为100~150℃;
优选地,所述铝合金粉末采用刮刀均匀铺在3D打印设备的加工平台上;
优选地,所述铝合金粉末的铺粉厚度为30~60μm。
4.根据权利要求2或3所述的热处理方法,其特征在于,所述激光的功率为300~600W;
优选地,所述激光扫描的速度为1000~2000mm/s;
优选地,所述激光扫描时的光斑直径为80~120μm;
优选地,所述重新铺粉打印的次数至少为3次。
5.根据权利要求1-4任一项所述的热处理方法,其特征在于,步骤(1)所述热等静压处理在热等静压成形室内进行;
优选地,步骤(1)所述热等静压处理的温度为460~540℃;
优选地,步骤(1)所述热等静压处理的压力为100~150MPa;
优选地,步骤(1)所述热等静压处理的保温时间为2~4h。
6.根据权利要求1-5任一项所述的热处理方法,其特征在于,步骤(1)所述热等静压处理的升温速率为3~10℃/min;
优选地,步骤(1)所述随炉冷却的速率为5~20℃/min。
7.根据权利要求1-6任一项所述的热处理方法,其特征在于,步骤(2)所述固溶处理在空气循环炉内进行;
优选地,步骤(2)所述固溶处理的温度为500~540℃;
优选地,步骤(2)所述固溶处理的升温速率为4~8℃/min;
优选地,步骤(2)所述固溶处理的保温时间为1~3h。
8.根据权利要求1-7任一项所述的热处理方法,其特征在于,步骤(2)所述固溶处理后,试样置于冷水中冷却;
优选地,步骤(2)所述水冷的降温速率为200~500℃/min;
优选地,所述固溶处理后试样从取出到置于冷水中的时间间隔控制在10~30s内。
9.根据权利要求1-8任一项所述的热处理方法,其特征在于,步骤(3)所述时效处理的温度为150~170℃;
优选地,步骤(3)所述时效处理的升温速率为2~3℃/min;
优选地,步骤(3)所述时效处理的保温时间为2~8h;
优选地,步骤(3)所述时效处理后试样置于空气中冷却;
优选地,所述空气的冷却速率为50~150℃/min。
10.根据权利要求1-9任一项所述的热处理方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)将3D打印铝合金试样进行热等静压处理,所述热等静压处理的温度为460~540℃,压力为100~150MPa,保温时间为2~4h,然后随炉冷却,随炉冷却的速率为5~20℃/min;其中,铝合金试样3D打印成型的方法为:将干燥后的铝合金粉末置于3D打印设备的供粉仓中,调节基板的预热温度为100~150℃,铝合金粉末的铺粉厚度为30~60μm,用激光进行扫描照射,所述激光的功率为300~600W,激光扫描速度为1000~2000mm/s,激光扫描时的光斑直径为80~120μm,烧结后重新铺粉打印,至少重复3次至粉末烧结实体与基板结合;
(2)将步骤(1)处理后的试样进行固溶处理,所述固溶处理的温度为500~540℃,升温速率为4~8℃/min,保温时间为1~3h,然后进行水冷,水冷的降温速率为200~500℃/min,固溶处理后试样从取出到置于冷水中的时间间隔控制在10~30s内;
(3)将步骤(2)处理后的试样进行时效处理,所述时效处理的温度为150~170℃,升温速率为2~3℃/min,保温时间为2~8h,然后进行空冷,所述空冷的降温速率为50~150℃/min,得到热处理后的3D打印铝合金。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113042755A (zh) * 2021-03-12 2021-06-29 飞而康快速制造科技有限责任公司 一种增材制造用gh3536高温合金的热处理方法
CN113621902A (zh) * 2021-07-01 2021-11-09 山东双港活塞股份有限公司 铝硅合金活塞强化处理方法
CN113787198A (zh) * 2021-09-16 2021-12-14 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 一种提高SLM成形的AlSi9Mg1ScZr力学性能的打印工艺
CN113953529A (zh) * 2021-10-15 2022-01-21 中国航发北京航空材料研究院 一种高强高塑增材制造铝硅合金制件的制备方法
CN114774807A (zh) * 2022-04-25 2022-07-22 北京动力机械研究所 一种用于激光增材制造的17-4ph原料粉末及其制备方法及其不锈钢的制备方法
CN115041706A (zh) * 2022-05-31 2022-09-13 中南大学 一种改善3d打印镍钛铜合金综合性能的热处理方法
CN115121811A (zh) * 2022-06-29 2022-09-30 中国航发动力股份有限公司 一种铺粉3d打印机匣的焊接方法及一种发动机机匣
CN115383133A (zh) * 2022-08-31 2022-11-25 厦门理工学院 一种3d打印铝合金及其改性方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2169639C2 (ru) * 1998-05-28 2001-06-27 Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им. акад. В.П. Глушко Способ изготовления рабочих колес газовых турбин
JP2003277867A (ja) * 2002-03-27 2003-10-02 Nippon Light Metal Co Ltd 高温強度の優れたアルミニウム粉末合金及び内燃機関用ピストンの製造方法並びに内燃機関用ピストン
CN105562694A (zh) * 2015-12-31 2016-05-11 中国钢研科技集团有限公司 一种适用于增材制造零部件的热等静压三控方法
WO2016209652A1 (en) * 2015-06-15 2016-12-29 Northrop Grumman Systems Corporation Additively manufactured high-strength aluminum via powder bed laser processes
CN107971491A (zh) * 2017-11-28 2018-05-01 北京航空航天大学 一种消除电子束选区熔化增材制造镍基高温合金零部件微裂纹的方法
EP3357605A1 (en) * 2017-02-06 2018-08-08 Rolls-Royce plc Manufacturing method and post-processing treatment
CN108480642A (zh) * 2018-05-22 2018-09-04 东北大学 一种激光增材制造12CrNi2高性能合金钢的热等静压及热处理方法
CN109332696A (zh) * 2018-11-14 2019-02-15 西安航天发动机有限公司 一种2024铝合金激光选区熔化成形方法
CN110484842A (zh) * 2019-08-26 2019-11-22 飞而康快速制造科技有限责任公司 一种提高tc4钛合金性能的方法、tc4钛合金及其应用
CN110551922A (zh) * 2019-09-24 2019-12-10 飞而康快速制造科技有限责任公司 高质量分数WCp/Al复合材料及其制备方法
CN110724891A (zh) * 2019-10-24 2020-01-24 中车工业研究院有限公司 一种增材制造铝合金强度及延伸率可控的热处理方法
US20200094325A1 (en) * 2017-03-29 2020-03-26 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. HEAT TREATMENT METHOD FOR ADDITIVE MANUFACTURED Ni-BASE ALLOY OBJECT, METHOD FOR MANUFACTURING ADDITIVE MANUFACTURED Ni-BASE ALLOY OBJECT, Ni-BASE ALLOY POWDER FOR ADDITIVE MANUFACTURED OBJECT, AND ADDITIVE MANUFACTURED Ni-BASE ALLOY OBJECT
CN111057922A (zh) * 2019-12-30 2020-04-24 钢铁研究总院 基于slm工艺用锰铜阻尼合金粉末及其制备方法
CN111360266A (zh) * 2020-03-25 2020-07-03 华南理工大学 一种激光选区熔化成形Inconel718合金及其热处理方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2169639C2 (ru) * 1998-05-28 2001-06-27 Научно-производственное объединение энергетического машиностроения им. акад. В.П. Глушко Способ изготовления рабочих колес газовых турбин
JP2003277867A (ja) * 2002-03-27 2003-10-02 Nippon Light Metal Co Ltd 高温強度の優れたアルミニウム粉末合金及び内燃機関用ピストンの製造方法並びに内燃機関用ピストン
WO2016209652A1 (en) * 2015-06-15 2016-12-29 Northrop Grumman Systems Corporation Additively manufactured high-strength aluminum via powder bed laser processes
CN105562694A (zh) * 2015-12-31 2016-05-11 中国钢研科技集团有限公司 一种适用于增材制造零部件的热等静压三控方法
EP3357605A1 (en) * 2017-02-06 2018-08-08 Rolls-Royce plc Manufacturing method and post-processing treatment
US20200094325A1 (en) * 2017-03-29 2020-03-26 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. HEAT TREATMENT METHOD FOR ADDITIVE MANUFACTURED Ni-BASE ALLOY OBJECT, METHOD FOR MANUFACTURING ADDITIVE MANUFACTURED Ni-BASE ALLOY OBJECT, Ni-BASE ALLOY POWDER FOR ADDITIVE MANUFACTURED OBJECT, AND ADDITIVE MANUFACTURED Ni-BASE ALLOY OBJECT
CN107971491A (zh) * 2017-11-28 2018-05-01 北京航空航天大学 一种消除电子束选区熔化增材制造镍基高温合金零部件微裂纹的方法
CN108480642A (zh) * 2018-05-22 2018-09-04 东北大学 一种激光增材制造12CrNi2高性能合金钢的热等静压及热处理方法
CN109332696A (zh) * 2018-11-14 2019-02-15 西安航天发动机有限公司 一种2024铝合金激光选区熔化成形方法
CN110484842A (zh) * 2019-08-26 2019-11-22 飞而康快速制造科技有限责任公司 一种提高tc4钛合金性能的方法、tc4钛合金及其应用
CN110551922A (zh) * 2019-09-24 2019-12-10 飞而康快速制造科技有限责任公司 高质量分数WCp/Al复合材料及其制备方法
CN110724891A (zh) * 2019-10-24 2020-01-24 中车工业研究院有限公司 一种增材制造铝合金强度及延伸率可控的热处理方法
CN111057922A (zh) * 2019-12-30 2020-04-24 钢铁研究总院 基于slm工艺用锰铜阻尼合金粉末及其制备方法
CN111360266A (zh) * 2020-03-25 2020-07-03 华南理工大学 一种激光选区熔化成形Inconel718合金及其热处理方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱宸煜: "SiC_p增强高合金化7000系铝基复合材料的制备与组织性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113042755A (zh) * 2021-03-12 2021-06-29 飞而康快速制造科技有限责任公司 一种增材制造用gh3536高温合金的热处理方法
CN113621902A (zh) * 2021-07-01 2021-11-09 山东双港活塞股份有限公司 铝硅合金活塞强化处理方法
CN113787198A (zh) * 2021-09-16 2021-12-14 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 一种提高SLM成形的AlSi9Mg1ScZr力学性能的打印工艺
CN113953529A (zh) * 2021-10-15 2022-01-21 中国航发北京航空材料研究院 一种高强高塑增材制造铝硅合金制件的制备方法
CN114774807A (zh) * 2022-04-25 2022-07-22 北京动力机械研究所 一种用于激光增材制造的17-4ph原料粉末及其制备方法及其不锈钢的制备方法
CN114774807B (zh) * 2022-04-25 2023-10-10 北京动力机械研究所 一种用于激光增材制造的17-4ph原料粉末及其制备方法及其不锈钢的制备方法
CN115041706A (zh) * 2022-05-31 2022-09-13 中南大学 一种改善3d打印镍钛铜合金综合性能的热处理方法
CN115121811A (zh) * 2022-06-29 2022-09-30 中国航发动力股份有限公司 一种铺粉3d打印机匣的焊接方法及一种发动机机匣
CN115121811B (zh) * 2022-06-29 2024-03-12 中国航发动力股份有限公司 一种铺粉3d打印机匣的焊接方法及一种发动机机匣
CN115383133A (zh) * 2022-08-31 2022-11-25 厦门理工学院 一种3d打印铝合金及其改性方法

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