FR3130850A1 - Pièce travaillée en alliage d'aluminium et son procédé de préparation - Google Patents

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Abstract

Pièce travaillée en alliage d'aluminium et son procédé de préparation, permettant par optimisation de la composition de la pièce travaillée, sa préparation par fusion laser sur lit de poudre, ce qui forme une phase métallographique cible. Selon l’invention, la pièce travaillée en alliage d'aluminium comprend les composants suivants, en fraction en masse : 1,0 % à 2,5 % de Fe, 1,5 % à 3,0 % de Cu, 1,0 % à 2,0 % de Cr, 0,5 % à 1,1 % de Ti, 0,4 % à 1,0 % de Zr, et de l'Al pour le reste. Le procédé donne un système de matériau de l'alliage d'aluminium ayant une résistance et une ténacité élevées à la température ambiante/à une température élevée pour la fusion laser sur lit de poudre, et étend la plage d'utilisation de la technologie fusion laser sur lit de poudre dans le domaine des pièces finales mésothermiques. Figure pour l’abrégé : Figure 1

Description

Pièce travaillée en alliage d'aluminium et son procédé de préparation
La présente invention appartient au domaine technique de la fabrication additive, et concerne en particulier une pièce travaillée en alliage d'aluminium et son procédé de préparation.
Arrière-plan
Ces dernières années, les industries de l'aviation, de l'aérospatiale et de l'automobile se sont rapidement développées. Dans le domaine des pièces finales mésothermiques (200°C à 350°C), de nouveaux matériaux et des techniques de conception de structures visant un poids réduit et une plus grande ténacité peuvent offrir des supports importants pour un modèle de développement durable énergétiquement sobre. Dans le domaine des équipements haut de gamme, on a urgemment besoin de la création de composants complexes en alliage d'aluminium résistants aux températures élevées. La technologie de fabrication additive basée sur une fusion laser sur lit de poudre (Laser powder bed fusion, LPBF) de composants complexes en alliage d'aluminium est devenue un nouveau point névralgique de recherche dans le domaine de la fabrication, intégrant structure et fonction, pour les matériaux métalliques en raison des avantages irremplaçables dans le traitement et la conception de structure des matériaux. Toutefois, du fait de la réflectivité élevée inhérente du laser et d'une oxydation aisée de l'alliage d'aluminium, seuls deux alliages, tels que l'alliage d'aluminium coulé ZL104 (AlSi10Mg) et l'Al-Mg-Sc-Zr, développés par Airbus, peuvent être utilisés sur le long terme dans une LPBF. Des résultats de recherches préliminaires montrent que, bien que les alliages d'Al-Si et Al-Mg-Sc-Zr traités par LPBF aient d'excellentes propriétés à la température ambiante, leurs résistances à la traction ne sont que d'environ 70 MPa à 90 MPa et 30 MPa à 40 MPa respectivement à 350°C, ce qui ne peut pas satisfaire aux exigences de parties d'extrémité mésothermiques. Toutefois, les alliages d'Al-Cu traditionnels (série 2xxx) ayant une résistance à la température souhaitable sont sujets à des craquelures à chaud durant la préparation LPBF durant la solidification directionnelle rapide du bain de fusion an raison d'une large plage de température de solidification, ce qui a pour résultat une formation imprécise. Récemment, des équipes de recherche aux Etats-Unis, au Japon et dans d'autres pays ont réalisé certains progrès dans la fabrication additive d'alliages d'aluminium haute température tels que les séries Al-Fe et Al-Ce, dès la fondation du procédé de coulée. Toutefois, en raison de la distribution non uniforme d'un grand nombre de composés intermétalliques en Al-Fe et Al-Ce à faible plasticité, il y a toujours une fabricabilité médiocre et une plasticité insuffisante à la température ambiante, si bien qu'il est impossible de préparer directement des composants complexes par LPBF à grande échelle.
Résumé
Afin de surmonter les inconvénients de la technique antérieure, un objectif de la présente invention consiste à mettre à disposition une pièce travaillée en alliage d'aluminium et un procédé pour sa préparation. La présente invention peut éviter une distribution inégale et une médiocre plasticité à la température ambiante des composés intermétalliques dans le système en alliage d'aluminium existant.
Pour atteindre l'objectif ci-dessus, La présente invention adopte les solutions techniques suivantes.
La présente invention propose une pièce travaillée en alliage d'aluminium, comprenant les composants suivants, en fraction en masse : 1,0 % à 2,5 % de Fe, 1,5 % à 3,0 % de Cu, 1,0 % à 2,0 % de Cr, 0,5 % à 1,1 % de Ti, 0,4 % à 1,0 % de Zr, et de l'Al pour le reste.
En tant qu'amélioration supplémentaire de l’invention, des modes de réalisation suivantes sont possibles.
De préférence, la pièce travaillée en alliage d'aluminium comprend moins de 0,2 %, en fraction en masse, d'impuretés élémentaires.
De préférence, la pièce travaillée en alliage d'aluminium comprend plus de 2,5 % et moins de 3,5 %, en fraction en masse, de Fe et Cr au total.
De préférence, la pièce travaillée en alliage d'aluminium comprend moins de 2,0 %, en fraction en masse, de Ti et Zr au total.
De préférence, la pièce travaillée en alliage d'aluminium comprend moins de 0,01 %, en fraction en masse, d'oxygène.
De préférence, la pièce travaillée en alliage d'aluminium a une résistance à la traction supérieure ou égale à 500 MPa à la température ambiante.
De préférence, la pièce travaillée en alliage d'aluminium a une limite d'élasticité supérieure ou égale à 400 MPa à la température ambiante.
De préférence, la pièce travaillée en alliage d'aluminium a un allongement supérieur ou égal à 8 % à la température ambiante.
De préférence, la pièce travaillée en alliage d'aluminium a une résistance à la traction supérieure ou égale à 200 MPa à 350°C.
De préférence, la pièce travaillée en alliage d'aluminium a une limite d'élasticité supérieure ou égale à 160 MPa à 350°C.
De préférence, la pièce travaillée en alliage d'aluminium a un allongement supérieur ou égal à 8 % à 350°C.
La présente invention propose également un procédé de préparation de la pièce travaillée en alliage d'aluminium, comprenant les étapes suivantes :
Etape 1 : tracé d'un diagramme tridimensionnel d'une pièce devant être préparée, et formulation des paramètres de procédé durant l'impression ; et
Etape 2 : impression utilisant une poudre d'alliage d'aluminium configurée et cuite dans une imprimante par fusion laser sur lit de poudre (LPBF) pour que soit obtenu la pièce travaillée en alliage d'aluminium.
De préférence, dans l'étape 1, les paramètres de procédé comprennent la puissance du laser, la vitesse de balayage, l'espacement entre les lignes de balayage, l'angle de rotation, l'épaisseur de stratification, la teneur en oxygène, et la température de préchauffage du substrat.
De préférence, dans l'étape 2, la distribution de granulométrie de la poudre d'alliage d'aluminium comprend : une poudre D10 ayant une granulométrie de 10 µm à 25 µm, une poudre D50 ayant une granulométrie de 30 µm à 45 µm, et une poudre D90 ayant une granulométrie de 50 µm à 60 µm.
De préférence, dans l'étape 2, la poudre d'alliage d'aluminium est cuite à une température de 100°C à 120°C pendant 2 heures à 4 heures.
La présente invention a les effets bénéfiques suivants par rapport à la technique existante :
La présente invention propose une pièce travaillée en alliage d'aluminium. Dans la pièce travaillée en alliage d'aluminium, par une optimisation de la teneur en chaque élément, la pièce travaillée en alliage d'aluminium a une structure hétérogène dans la phase métallographique finale, une combinaison de grains columnaires et de grains équiaxes, et a un excellent renforcement par un composé intermétallique. Par conséquent, la pièce travaillée en alliage d'aluminium a d'excellentes caractéristiques de résistance à la traction, de stabilité aux températures élevées, et de résistance à la température ambiante, si bien que l'alliage a des propriétés mécaniques souhaitables à la température ambiante et aux températures élevées, en présentant une résistance élevée, une résistance aux craquelures excellentes, et une plasticité souhaitable.
La présente invention met en outre à disposition un procédé de préparation d'une pièce travaillée en alliage d'aluminium. Par une optimisation de la composition de la pièce travaillée en alliage d'aluminium, la pièce travaillée en alliage d'aluminium peut être préparée par LPBF dans le procédé de préparation, en formant ainsi une phase métallographique cible. Le procédé de préparation surmonte le problème selon lequel la composition d'un alliage d'aluminium haute résistance et résistant aux températures élevées, conçu sur la base d'un procédé traditionnel de coulée et de forgeage, ne peut pas aller de pair avec la LPBF, et utilise pleinement le refroidissement rapide de la LPBF. Par l'établissement d'un système de composition de la pièce travaillée en alliage d'aluminium combiné au refroidissement rapide de la LPBF, une composition d'alliage d'aluminium ayant une phase cristalline cible est préparée par le procédé. Le procédé de préparation combine la composition de l'alliage d'aluminium avec la LPBF pour atteindre une promotion mutuelle, en formant ainsi une pièce cible, de façon qu'un alliage d'aluminium ayant une résistance et une ténacité élevées à la température ambiante/à une température élevée puisse être préparé par la LPBF. Le procédé de préparation donne un système de matériau de l'alliage d'aluminium ayant une résistance et une ténacité élevées à la température ambiante/à une température élevée pour la LPBF, et étend la plage d'utilisation de la technologie LPBF dans le domaine des pièces finales mésothermiques.
En outre, la poudre d'alliage utilisée dans la LPBF de l’invention atteint un coût moindre durant la préparation.
La montre un organigramme de l’invention ;
La montre un diagramme d'état d'une poudre et sa granulométrie dans l'Exemple 1 ;
La montre une microphotographie d'un produit fini préparé dans l'Exemple 1, où (a) est une image au microscope optique d'une pièce formée par LPBF ; et
La montre une microphotographie d'un produit fini préparé dans l'Exemple 1, où (b) est une microstructure de la pièce formée après gravure ; et
La montre un résultat de test de performance de l'alliage préparé dans l'Exemple 1, où (a) est un diagramme de performance à la température ambiante ;
La montre un résultat de test de performance de l'alliage préparé dans l'Exemple 1, où (b) est un diagramme de performance à une température élevée.
Description détaillée des modes de réalisation
La présente invention sera davantage expliquée en détail ci-dessous en référence aux dessins joints.
La présente invention propose une pièce travaillée en alliage d'aluminium, comprenant les composants suivants, en fraction en masse : 1,0 % à 2,5 % de Fe, 1,5 % à 3,0 % de Cu, 1,0 % à 2,0 % de Cr, 0,5 % à 1,1 % de Ti, 0,4 % à 1,0 % de Zr, et de l'Al pour le reste. Dans le système d'alliage, les éléments Al et Fe peuvent former une phase de renforcement en composé intermétallique Al6Fe, ce qui améliore la résistance à la traction et la stabilité aux températures élevées. Les éléments Al, Cu, Cr et Fe peuvent former deux phases de renforcement quasi-cristallines, Al-Fe-Cr et Al-Cu-Fe-Cr, et simultanément précipiter des nanophases de renforcement telles que θ-Al2Cu. Le Ti élémentaire-Al3Ti peut améliorer la stabilité aux températures élevées de la phase quasi-cristalline et affiner la taille de la phase quasi-cristalline. Les éléments Zr et Al génèrent des particules d'Al3Zr qui peuvent être utilisées en tant que cœurs de nucléation hétérogènes de grains d'α-Al, en affinant les grains et réalisant la transformation des grains columnaires en grains équiaxes, de façon à améliorer la plasticité du système d'alliage. De plus, la phase d'Al3Zr peut aussi améliorer la stabilité aux températures élevées du système dans sa globalité. Par ailleurs, les éléments Ti et Zr peuvent introduire des particules d'Al3(Zr,Ti) de type L12existant au niveau de la limite de la masse fondue durant la formation par LPBF, avec une taille de 100 nm à 800 nm. En raison d'un petit mésappariement de réseau avec α-Al, les particules peuvent servir de cœurs de nucléation hétérogènes pour favoriser la transformation de grains columnaires en grains équiaxes. Finalement, il se forme une structure hétérogène, consistant en cristaux columnaires à l'intérieur de la masse fondue et de cristaux équiaxes au niveau de la limite de la masse fondue. Sous l'action d'un renforcement des contraintes internes résiduelles, la résistance et la ténacité à la température ambiante de l'alliage sont chacune davantage améliorées.
De préférence, la teneur totale en Fe et Cr élémentaires est supérieure à 2,5 % et ne dépasse pas 3,5 %. La teneur totale en Ti et Zr élémentaires est supérieure à 0,9 % et ne dépasse pas 2,0 %.
Mieux encore, dans un exemple, la teneur en impuretés élémentaires est inférieure à 0,2 %. De façon spécifique, les impuretés élémentaires sont des impuretés d'éléments d'alliage, sous forme d'impuretés d'alliage qui sont inévitablement apportés du fait du procédé ou par l'introduction de matières premières durant la préparation de l'alliage ; dans l'exemple, la teneur en oxygène est inférieure à 0,01 %. Une limitation de la teneur en impuretés élémentaires et en oxygène peut éviter la génération d'oxydes métalliques ou de composés intermétalliques fragiles inutiles, ce qui évite ainsi que la formation de grains soit affectée et que le contenu de l'alliage en aluminium dans sa globalité soit affecté.
Dans un exemple de l’invention, il est défini qu'il y a une résistance à la traction supérieure ou égale à 500 MPa à la température ambiante, une limite d'élasticité supérieure ou égale à 400 MPa à la température ambiante, et un allongement supérieur ou égal à 8 % à la température ambiante.
Dans un exemple de l’invention, les propriétés de la pièce travaillée en alliage d'aluminium à 350°C sont définies, spécifiquement la résistance à la traction est supérieure ou égale à 200 MPa à 350°C, la limite élastique est supérieure ou égale à 160 MPa à 350°C, et l'allongement est supérieur ou égal à 8 % à 350°C.
Dans La présente invention, la résistance à la traction, la limite élastique et l'allongement ci-dessus peuvent être obtenus dans ces deux exemples principalement grâce à la conception du système de composition, et la formation de phases de renforcement à diverses échelles dans le système d'alliage peut améliorer en combinaison la résistance et la ductilité des alliages. Les Al et Fe élémentaires peuvent former des phases de renforcement en composés intermétalliques Al6Fe et Al13Fe4, ce qui améliore la résistance à la traction et la stabilité aux températures élevées. Les Al, Cu, Cr et Fe élémentaires peuvent former deux phases d'amplification quasi-cristallines, Al-Fe-Cr et Al-Cu-Fe-Cr. Le Ti élémentaire peut améliorer la stabilité aux températures élevées de la phase quasi-cristalline et affiner la taille de la phase quasi-cristalline. Les Zr et Al élémentaires génèrent des particules d'Al3Zr, qui peuvent être utilisées en tant que cœurs de nucléation hétérogènes de grains d'α-Al, en affinant les grains et en réalisant la transformation de grains columnaires en grains équiaxes, de façon à améliorer la plasticité du système d'alliage. De plus, la phase d'Al3Zr peut aussi améliorer la stabilité aux températures élevées du système dans son entier. De plus, les Ti et Zr élémentaires introduits peuvent aussi conduire à une microstructure hétérogène composée de grains équiaxes au niveau de la limite de la masse fondu et de grains columnaires dans la masse fondue. Sous l'effet du renforcement supplémentaire des contraintes internes résiduelles, l'alliage peut obtenir une synergie de résistance-ténacité à la température ambiante. Cette propriété peut encore élargir l'utilisation du système d'alliage dans les domaines tant à la température ambiante qu'aux températures élevées, et peut être appliquée à des pipelines pétroliers à température élevée, des éléments filtrants, des pistons de moteurs, et d'autres composants.
La présente invention met en outre à disposition un procédé de préparation de la pièce travaillée en alliage d'aluminium. La pièce travaillée en alliage d'aluminium peut être préparée par LPBF dans le procédé de préparation. Pour une cible en alliage d'Al-Fe-Cu-Cr-Ti-Zr, il est adopté une solidification rapide de la LPBF, qui a un refroidissement rapide, et présente une distribution non uniforme évidente du gradient de température et de la vitesse de solidification à l'échelle d'une seule masse fondue. Par conséquent, la LPBF est avantageuse pour former un composite à base d'Al renforcé ayant un quasi-cristal d'Al-Fe-Cr, des phases métastables d'Al-Cu et Al-Fe, et de l'Al3Ti et de l'Al3Zr en tant que phases de renforcement dans différentes régions de la masse fondue. La structure composite se manifeste principalement par : des caractéristiques structurelles d'une microstructure en duplex avec des grains équiaxes et columnaires de grains d'α-Al sur l'échelle des 100 µm, une distribution hétérogène du quasi-cristal d'Al-Fe-Cr et de la phase d'Al-Fe au niveau du bord et du centre de la masse fondue sur l'échelle des 1 µm à 10 µm, et un renforcement de la précipitation des phases d'Al3Ti, d'Al3Zr et d'Al2Cu à l'échelle nanométrique. En résultat, en combinant les mécanismes de renforcement des composites ci-dessus, l'alliage à la température ambiante et aux températures élevées a une résistance des composites significativement améliorée, ce qui convient pour des environnements plus sévères. Le procédé de préparation comprend spécifiquement les étapes suivantes :
Etape 1, il est tracé un diagramme tridimensionnel d'une pièce, et une stratégie de balayage est formulée ; dans l'étape 1, la stratégie de balayage formulée consiste spécifiquement en les paramètres de procédé de LPBF, comprenant des paramètres importants tels que la puissance du laser, la vitesse de balayage, l'espacement entre les lignes de balayage, l'angle de rotation, l'épaisseur de stratification, la teneur en oxygène, et la température de préchauffage du substrat. Pour la composition d'alliage dans cet exemple, les paramètres de procédé spécifiques comprennent : une puissance de laser de 325 W à 400 W, une vitesse de balayage de 1000 mm/s à 1400 mm/s, un espacement entre les lignes de balayage de 100 µm à 140 µm, un angle de rotation de 17° à 67°, une épaisseur de stratification de 0,025 mm à 0,03 mm, une teneur en oxygène inférieure à 200 ppm, et une température de préchauffage du substrat de 150°C à 195°C, la contrainte résiduelle de la pièce étant réduite par le chauffage du substrat.
Etape 2, une poudre d'alliage d'aluminium est préparée en fonction d'une composition cible, et la poudre d'alliage d'aluminium est séchée.
De préférence, la poudre d'alliage d'aluminium est préparée par atomisation de gaz en un rapport approprié des matières premières élémentaires. La composition et les proportions de la poudre d'alliage d'aluminium sont les suivantes :
Tableau 1 - Composition de la poudre d'alliage d'aluminium
Elément Fe Cu Cr Ti Zr Al
Teneur (% en poids) 1,0 à 2,5 1,0 à 3,0 1,0 à 2,0 0,5 à 1,1 0,4 à 1,0 Le reste
La teneur en impuretés de l'alliage maître est inférieure à 0,2 %, et la teneur en oxygène est inférieure à 0,01 %.
En outre, la distribution de granulométrie et les exigences de fluidité de la poudre sont les suivantes :
Tableau 2 - Exigences de distribution de granulométrie
D10/µm D50/µm D90/µm
Exigences concernant les indicateurs (%) 10 à 25 30 à 45 50 à 65
La poudre d'alliage d'aluminium a une masse volumique apparente supérieure à 1,36 g/cm2et un débit Hall inférieur à 80 s/50 g.
En tant que l'une des solutions préférées, une poudre ayant une granulométrie de 15 µm à 53 µm est séchée sous vide à une température de 100°C à 120°C pendant 2 heures à 4 heures.
Etape 3, la poudre d'alliage d'aluminium cuite est imprimée sur une imprimante LPBF en fonction des paramètres de procédé établis, si bien qu'un composite à base d'Al renforcé quasi-cristallin est préparé pour que soient obtenues des pièces en alliage d'aluminium haute résistance.
La présente invention sera davantage décrite en détail en référence aux exemples spécifiques, qui sont destinés à illustrer et non à limiter La présente invention.
Exemple 1
Etape 1, un diagramme tridimensionnel d'un bloc expérimental avec des paramètres de procédé optimisés a été tracé, et un découpage en couches a été effectué selon une stratégie de balayage avec un angle de rotation entre couches adjacentes de 17° et une épaisseur de couche de 0,03 mm.
Etape 2, une poudre d'alliage d'aluminium devant être cuite a été préparée, et la poudre d'alliage d'aluminium comprenait les composants suivants : 2,0 % de Fe, 2,0 % de Cu, 1,0 % de Cr, 1,0 % de Ti, 1,0 % de Zr, et de l'Al pour le reste ; la poudre d'alliage d'aluminium avait un état de granulométrie présenté sur la . La poudre présentait une sphéricité souhaitable, où la plupart des particules de poudre avait une surface lisse, et une petite partie avait une certaine proportion de poudre satellite. Les particules ayant la plus grande taille faisaient moins de 70 µm, tandis qu'il y avait moins de poudre de petite taille, et la majorité des particules avait une distribution de granulométrie de 10 µm à 60 µm, adaptée à une LPBF. La poudre ayant une granulométrie de 15 µm à 53 µm a été cuite à 110°C pendant 3 heures.
Etape 3, la poudre cuite a été imprimée dans une chambre d'amenée de poudre d'une imprimante LPBF, où la LPBF a été effectuée à une puissance de laser de 375 W, une vitesse de balayage de 1400 mm/s, un espacement entre les lignes de balayage de 140 µm, et une température de préchauffage du substrat de 150°C.
Etape 4, un bloc expérimental imprimé a été séparé du substrat par découpage au fil pour la préparation d'un échantillon métallographique et la mesure de la densité. Le produit fini est représenté sur la et la , où (a) est une image au microscope optique de la partie traitée par LPBF, et on voit que l'échantillon formé a une densité élevée et ne présente pas de défauts évidents ; et (b) est une image de microstructure post-corrosion de la partie traitée par LPBF, et on voit qu'une seule masse fondue a une largeur de 100 µm à 150 µm et une profondeur de 20 µm à 40 µm. De plus, les particules renforcées présentent une distribution non uniforme dans différentes régions de la masse fondue.
Etape 4, les propriétés mécaniques de la pièce ont été déterminées avec les paramètres de procédé optimaux. En référence à la et la , la poudre d'alliage d'aluminium de cet exemple avait une densité non inférieure à 99 % avec une formation par LPBF ; d'après (a), on voit que les échantillons tels que déposés ont une résistance à la traction supérieure ou égale à 500 MPa, une limite d'élasticité supérieure ou égale à 400 MPa, et un allongement supérieur ou égal à 8 % à la température ambiante ; on voit d'après (b) que les échantillons tels que déposés ont une résistance à la traction supérieure ou égale à 200 MPa, une limite d'élasticité supérieure ou égale à 160 MPa, et un allongement supérieur ou égal à 8 % à 350°C.
Exemple 2
Etape 1, un diagramme tridimensionnel d'un bloc expérimental avec des paramètres de procédé optimisés a été tracé, et un découpage en couches a été effectué selon une stratégie de balayage avec un angle de rotation entre couches adjacentes de 50° et une épaisseur de couche de 0,025 mm.
Etape 2, une poudre d'alliage d'aluminium devant être cuite a été préparée, et la poudre d'alliage d'aluminium comprenait les composants suivants : 1 % de Fe, 2,0 % de Cu, 1,8 % de Cr, 0,8 % de Ti, 0,6 % de Zr, et de l'Al pour le reste. La poudre ayant une granulométrie de 15 µm à 53 µm a été cuite à 115°C pendant 3 heures.
Etape 3, la poudre cuite a été imprimée dans une chambre d'amenée de poudre d'une imprimante LPBF, où la LPBF a été effectuée à une puissance de laser de 350 W, une vitesse de balayage de 1200 mm/s, un espacement entre les lignes de balayage de 120 µm, et une température de préchauffage du substrat de 155°C.
Etape 4, un bloc expérimental imprimé a été séparé du substrat par découpage au fil pour la préparation d'un échantillon métallographique et la mesure de la densité et des propriétés mécaniques.
Exemple 3
Etape 1, un diagramme tridimensionnel d'un bloc expérimental avec des paramètres de procédé optimisés a été tracé, et un découpage en couches a été effectué selon une stratégie de balayage avec un angle de rotation entre couches adjacentes de 63° et à une épaisseur de couche de 0,03 mm.
Etape 2, une poudre d'alliage d'aluminium devant être cuite a été préparée, et la poudre d'alliage d'aluminium comprenait les composants suivants : 1,8 % de Fe, 2,5 % de Cu, 1,5 % de Cr, 1,1 % de Ti, 0,8 % de Zr, et de l'Al pour le reste. La poudre ayant une granulométrie de 15 µm à 53 µm a été cuite à 120°C pendant 2 heures.
Etape 3, la poudre cuite a été imprimée dans une chambre d'amenée de poudre d'une imprimante LPBF, où la LPBF a été effectuée à une puissance de laser de 400 W, une vitesse de balayage de 1300 mm/s, un espacement entre les lignes de balayage de 130 µm, et une température de préchauffage du substrat de 150°C.
Etape 4, un bloc expérimental imprimé a été séparé du substrat par découpage au fil pour la préparation d'un échantillon métallographique et la mesure de la densité et des propriétés mécaniques.
Exemple 4
Etape 1, un diagramme tridimensionnel d'un bloc expérimental avec des paramètres de procédé optimisés a été tracé, et un découpage en couches a été effectué selon une stratégie de balayage avec un angle de rotation entre couches adjacentes de 43° et à une épaisseur de couche de 0,027 mm.
Etape 2, une poudre d'alliage d'aluminium devant être cuite a été préparée, et la poudre d'alliage d'aluminium comprenait les composants suivants : 2,5 % de Fe, 1,5 % de Cu, 1,4 % de Cr, 0,9 % de Ti, 0,9 % de Zr, et de l'Al pour le reste. La poudre ayant une granulométrie de 15 µm à 53 µm a été cuite à 120°C pendant 2 heures.
Etape 3, la poudre cuite a été imprimée dans une chambre d'amenée de poudre d'une imprimante LPBF, où la LPBF a été effectuée à une puissance de laser de 360 W, une vitesse de balayage de 1250 mm/s, un espacement entre les lignes de balayage de 125 µm, et une température de préchauffage du substrat de 160°C.
Etape 4, un bloc expérimental imprimé a été séparé du substrat par découpage au fil pour la préparation d'un échantillon métallographique et la mesure de la densité et des propriétés mécaniques.
Exemple 5
Etape 1, un diagramme tridimensionnel d'un bloc expérimental avec des paramètres de procédé optimisés a été tracé, et un découpage en couches a été effectué selon une stratégie de balayage avec un angle de rotation entre couches adjacentes de 37° et à une épaisseur de couche de 0,03 mm.
Etape 2, une poudre d'alliage d'aluminium devant être cuite a été préparée, et la poudre d'alliage d'aluminium comprenait les composants suivants : 2,5 % de Fe, 1,8 % de Cu, 2 % de Cr, 0,8 % de Ti, 0,6 % de Zr, et de l'Al pour le reste. La poudre ayant une granulométrie de 30 µm à 45 µm a été cuite à 120°C pendant 3,5 heures.
Etape 3, la poudre cuite a été imprimée dans une chambre d'amenée de poudre d'une imprimante LPBF, où la LPBF a été effectuée à une puissance de laser de 365 W, une vitesse de balayage de 1350 mm/s, un espacement entre les lignes de balayage de 135 µm, et une température de préchauffage du substrat de 170°C.
Etape 4, un bloc expérimental imprimé a été séparé du substrat par découpage au fil pour la préparation d'un échantillon métallographique et la mesure de la densité et des propriétés mécaniques.
Exemple 6
Etape 1, un diagramme tridimensionnel d'un bloc expérimental avec des paramètres de procédé optimisés a été tracé, et un découpage en couches a été effectué selon une stratégie de balayage avec un angle de rotation entre couches adjacentes de 23° et à une épaisseur de couche de 0,029 mm.
Etape 2, une poudre d'alliage d'aluminium devant être cuite a été préparée, et la poudre d'alliage d'aluminium comprenait les composants suivants : 2,3 % de Fe, 2,2 % de Cu, 1,7 % de Cr, 0,75 % de Ti, 0,5 % de Zr, et de l'Al pour le reste. La poudre ayant une granulométrie de 15 µm à 53 µm a été cuite à 115°C pendant 2,5 heures.
Etape 3, la poudre cuite a été imprimée dans une chambre d'amenée de poudre d'une imprimante LPBF, où la LPBF a été effectuée à une puissance de laser de 355 W, une vitesse de balayage de 1400 mm/s, un espacement entre les lignes de balayage de 140 µm, et une température de préchauffage du substrat de 180°C.
Etape 4, un bloc expérimental imprimé a été séparé du substrat par découpage au fil pour la préparation d'un échantillon métallographique et la mesure de la densité et des propriétés mécaniques.
Exemple 7
Etape 1, un diagramme tridimensionnel d'un bloc expérimental avec des paramètres de procédé optimisés a été tracé, et un découpage en couches a été effectué selon une stratégie de balayage avec un angle de rotation entre couches adjacentes de 67° et à une épaisseur de couche de 0,03 mm.
Etape 2, une poudre d'alliage d'aluminium devant être cuite a été préparée, et la poudre d'alliage d'aluminium comprenait les composants suivants : 2,2 % de Fe, 3 % de Cu, 2 % de Cr, 0,6 % de Ti, 0,4 % de Zr, et de l'Al pour le reste. La poudre ayant une granulométrie de 15 µm à 53 µm a été cuite à 120°C pendant 4 heures.
Etape 3, la poudre cuite a été imprimée dans une chambre d'amenée de poudre d'une imprimante LPBF, où la LPBF a été effectuée à une puissance de laser de 340 W, une vitesse de balayage de 1000 mm/s, un espacement entre les lignes de balayage de 100 µm, et une température de préchauffage du substrat de 190°C.
Etape 4, un bloc expérimental imprimé a été séparé du substrat par découpage au fil pour la préparation d'un échantillon métallographique et la mesure de la densité et des propriétés mécaniques.
Exemple 8
Etape 1, un diagramme tridimensionnel d'un bloc expérimental avec des paramètres de procédé optimisés a été tracé, et un découpage en couches a été effectué selon une stratégie de balayage avec un angle de rotation entre couches adjacentes de 45° et à une épaisseur de couche de 0,025 mm.
Etape 2, une poudre d'alliage d'aluminium devant être cuite a été préparée, et la poudre d'alliage d'aluminium comprenait les composants suivants : 2,4 % de Fe, 2,5 % de Cu, 1,2 % de Cr, 0,7 % de Ti, 0,8 % de Zr, et de l'Al pour le reste. La poudre ayant une granulométrie de 15 µm à 53 µm a été cuite à 115°C pendant 4 heures.
Etape 3, la poudre cuite a été imprimée dans une chambre d'amenée de poudre d'une imprimante LPBF, où la LPBF a été effectuée à une puissance de laser de 325 W, une vitesse de balayage de 1300 mm/s, un espacement entre les lignes de balayage de 130 µm, et une température de préchauffage du substrat de 160°C.
Etape 4, un bloc expérimental imprimé a été séparé du substrat par découpage au fil pour la préparation d'un échantillon métallographique et la mesure de la densité et des propriétés mécaniques.
Exemple 9
Etape 1, un diagramme tridimensionnel d'un bloc expérimental avec des paramètres de procédé optimisés a été tracé, et un découpage en couches a été effectué selon une stratégie de balayage avec un angle de rotation entre couches adjacentes de 55° et à une épaisseur de couche de 0,03 mm.
Etape 2, une poudre d'alliage d'aluminium devant être cuite a été préparée, et la poudre d'alliage d'aluminium comprenait les composants suivants : 2,4 % de Fe, 2,2 % de Cu, 1,3 % de Cr, 0,5 % de Ti, 0,9 % de Zr, et de l'Al pour le reste. La poudre ayant une granulométrie de 15 µm à 53 µm a été cuite à 113°C pendant 3,5 heures.
Etape 3, la poudre cuite a été imprimée dans une chambre d'amenée de poudre d'une imprimante LPBF, où la LPBF a été effectuée à une puissance de laser de 330 W, une vitesse de balayage de 1150 mm/s, un espacement entre les lignes de balayage de 120 µm, et une température de préchauffage du substrat de 180°C.
Etape 4, un bloc expérimental imprimé a été séparé du substrat par découpage au fil pour la préparation d'un échantillon métallographique et la mesure de la densité et des propriétés mécaniques.
Exemple 10
Etape 1, un diagramme tridimensionnel d'un bloc expérimental avec des paramètres de procédé optimisés a été tracé, et un découpage en couches a été effectué selon une stratégie de balayage avec un angle de rotation entre couches adjacentes de 35° et à une épaisseur de couche de 0,027 mm.
Etape 2, une poudre d'alliage d'aluminium devant être cuite a été préparée, et la poudre d'alliage d'aluminium comprenait les composants suivants : 2,2 % de Fe, 1,9 % de Cu, 1,6 % de Cr, 0,8 % de Ti, 0,7 % de Zr, et de l'Al pour le reste. La poudre ayant une granulométrie de 15 µm à 53 µm a été cuite à 112°C pendant 4 heures.
Etape 3, la poudre cuite a été imprimée dans une chambre d'amenée de poudre d'une imprimante LPBF, où la LPBF a été effectuée à une puissance de laser de 335 W, une vitesse de balayage de 1150 mm/s, un espacement entre les lignes de balayage de 135 µm, et une température de préchauffage du substrat de 195°C.
Etape 4, un bloc expérimental imprimé a été séparé du substrat par découpage au fil pour la préparation d'un échantillon métallographique et la mesure de la densité et des propriétés mécaniques.
Ce qui a été décrit ci-dessus constitue purement des modes de réalisation préférés de l’invention, et n'est pas destiné à limiter La présente invention. De quelconques modifications, remplacements équivalents, et améliorations, effectués à l'intérieur de l'esprit et des principes de l’invention, devraient tous rentrer à l'intérieur de la portée de protection de l’invention.

Claims (15)

  1. Pièce travaillée en alliage d'aluminium, comprenant les composants suivants, en fraction en masse : 1,0 % à 2,5 % de Fe, 1,5 % à 3,0 % de Cu, 1,0 % à 2,0 % de Cr, 0,5 % à 1,1 % de Ti, 0,4 % à 1,0 % de Zr, et de l'Al pour le reste.
  2. Pièce travaillée en alliage d'aluminium selon la revendication 1, comprenant moins de 0,2 %, en fraction en masse, d'impuretés élémentaires.
  3. Pièce travaillée en alliage d'aluminium selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, comprenant plus de 2,5 % et moins de 3,5 %, en fraction en masse, de Fe et Cr au total.
  4. Pièce travaillée en alliage d'aluminium selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant moins de 2,0 %, en fraction en masse, de Ti et Zr au total.
  5. Pièce travaillée en alliage d'aluminium selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant moins de 0,01 %, en fraction en masse, d'oxygène.
  6. Pièce travaillée en alliage d'aluminium selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, ayant une résistance à la traction supérieure ou égale à 500 MPa à la température ambiante.
  7. Pièce travaillée en alliage d'aluminium selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, ayant une limite d'élasticité supérieure ou égale à 400 MPa à la température ambiante.
  8. Pièce travaillée en alliage d'aluminium selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, ayant un allongement supérieur ou égal à 8 % à la température ambiante.
  9. Pièce travaillée en alliage d'aluminium selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, ayant une résistance à la traction supérieure ou égale à 200 MPa à 350°C.
  10. Pièce travaillée en alliage d'aluminium selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, ayant une limite d'élasticité supérieure ou égale à 160 MPa à 350°C.
  11. Pièce travaillée en alliage d'aluminium selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, ayant un allongement supérieur ou égal à 8 % à 350°C.
  12. Procédé de préparation de la pièce travaillée en alliage d'aluminium selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant les étapes suivantes :
    étape 1 : tracé d'un diagramme tridimensionnel d'une pièce devant être préparée, et formulation des paramètres de procédé durant l'impression ; et
    étape 2 : impression d'une poudre d'alliage d'aluminium configurée et cuite dans une imprimante par fusion laser sur lit de poudre (LPBF) pour que soit obtenu la pièce travaillée en alliage d'aluminium.
  13. Procédé de préparation d'une pièce travaillée en alliage d'aluminium selon la revendication 12, dans lequel, dans l'étape 1, les paramètres de procédé comprennent la puissance du laser, la vitesse de balayage, l'espacement entre les lignes de balayage, l'angle de rotation, l'épaisseur de stratification, la teneur en oxygène, et la température de préchauffage du substrat.
  14. Procédé de préparation d'une pièce travaillée en alliage d'aluminium selon l’une quelconque des revendications 12 à 13, dans lequel, dans l'étape 2, la distribution de granulométrie de la poudre d'alliage d'aluminium est caractérisée par une valeur de D10 de 10 µm à 25 µm, une valeur de D50 de 30 µm à 45 µm, et une valeur de D90 de 50 µm à 60 µm.
  15. Procédé de préparation d'une pièce travaillée en alliage d'aluminium selon l’une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel, dans l'étape 2, la poudre d'alliage d'aluminium est cuite à une température de 100°C à 120°C pendant 2 heures à 4 heures.
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