RU2815520C2

RU2815520C2 - Aluminum alloys

Info

Publication number: RU2815520C2
Application number: RU2021124350A
Authority: RU
Inventors: Прабир Канти ЧАУДХУРИ; Чан Чеонг ПУН; Чор Йен ЯП; Таики Томас ШИРАИ
Original assignee: Диверджент Текнолоджиз, Инк.
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2024-03-18

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to aluminium alloys used in additive manufacturing. Aluminium alloy, intended for making structures by additive manufacturing, contains in wt.%: magnesium from 2 to 15; manganese from 0.1 to 2.5; silicon from 0.3 to 4; optionally, at least one of the following components: iron up to 1, titanium up to 1, yttrium from 0.1 to 4.0, zirconium from 0.15 to 5 and chromium from 1 to 5; and aluminium and trace impurities are the rest.

EFFECT: alloy is characterized by high values of strength and ductility.

25 cl, 6 dwg, 6 tbl

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУCROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATION

[0001] Эта заявка испрашивает преимущество приоритета предварительной заявки на патент США с порядковым № 62/794509, озаглавленной «HIGH-PERFORMANCE ALUMINUM ALLOY» и поданной 18 января 2019 года, и заявки на патент США № 16/526,691, озаглавленной «ALUMINUM ALLOYS» и поданной 30 июля 2019 года, которые полностью включены сюда по ссылке.[0001] This application claims the benefit of U.S. Provisional Patent Application Serial No. 62/794,509, entitled “HIGH-PERFORMANCE ALUMINUM ALLOY,” filed January 18, 2019, and U.S. Patent Application No. 16/526,691, entitled “ALUMINUM ALLOYS.” and filed July 30, 2019, which are incorporated herein in their entirety by reference.

Область техникиField of technology

[0002] Настоящее изобретение относится в общем к сплавам и, в частности, к алюминиевым сплавам.[0002] The present invention relates generally to alloys and, in particular, to aluminum alloys.

Описание родственных технологийDescription of related technologies

[0003] Процессы аддитивного производства (АП) включают использование хранящейся в памяти геометрической модели для наращивания многослойных материалов на «рабочей пластине» для создания трехмерных (3D) объектов, имеющих признаки, определяемые моделью. Методы АП позволяют печатать сложные детали (компоненты) с использованием самых разных материалов. 3D объект изготавливают на основе модели системы автоматизированного проектирования (САПР). Процесс АП позволяет изготавливать твердый трехмерный объект непосредственно по модели САПР без дополнительных инструментов.[0003] Additive manufacturing (AM) processes involve using a stored geometric model to build up laminates of materials on a “build plate” to create three-dimensional (3D) objects having features defined by the model. AM methods allow you to print complex parts (components) using a variety of materials. The 3D object is manufactured based on a computer-aided design (CAD) model. The AM process allows you to manufacture a solid 3D object directly from a CAD model without additional tools.

[0004] Одним из примеров процесса АП является синтезом на подложке (СП, от англ. «powder bed fusion», PBF), который использует лазер, электронный луч или другой источник энергии для спекания или сплавления металлического порошка, нанесенного в порошковую подложку, тем самым консолидируя частицы порошка вместе в целевых областях с получением 3D конструкции, имеющей требуемую геометрию. Для создания 3D объекта в СП могут использоваться различные материалы или сочетания материалов, такие как металлы, пластмассы и керамика. Другие более продвинутые методы АП, включая те, которые рассматриваются ниже, также доступны или находятся в стадии разработки, и каждый из них может быть применим к настоящему изобретению.[0004] One example of an AM process is powder bed fusion (PBF), which uses a laser, electron beam, or other energy source to sinter or fuse metal powder deposited on a powder substrate, thereby thereby consolidating the powder particles together in the target areas to obtain a 3D structure having the required geometry. To create a 3D object in a joint venture, various materials or combinations of materials can be used, such as metals, plastics and ceramics. Other more advanced AM techniques, including those discussed below, are also available or under development, and each of them may be applicable to the present invention.

[0005] Другой пример процесса АП называют процессом струйного нанесения связующего (СНС), который использует порошковую подложку (подобно СП) и в котором металлический порошок наносят слоями и скрепляют с использованием органического связующего. Получаемая в результате деталь представляет собой сырую деталь, которая требует выжигания связующего и спекания для консолидации слоев до полной плотности. Металлический порошковый материал может иметь такой же химический состав и аналогичные физические характеристики, что и порошки для СП.[0005] Another example of an AM process is referred to as the binder jet process (BSP), which uses a powder substrate (like SP) and in which metal powder is layered and bonded using an organic binder. The resulting part is a green part that requires binder burning and sintering to consolidate the layers to full density. The metal powder material may have the same chemical composition and similar physical characteristics as the SP powders.

[0006] Другой пример процесса АП называется прямым подводом энергии и материала (ППЭМ). ППЭМ представляет собой технологию АП, в которой используют лазер, электронный луч, плазму или другой метод подачи энергии, например, как при дуговой сварке неплавящимся электродом в инертном газе (TIG) или плавящимся электродом в инертном газе (MIG), для расплавления металлического порошка или проволоки или прутка, тем самым преобразуя его в твердый металлический объект. В отличие от многих технологий АП, ППЭМ не основан на порошковой подложке. Вместо этого ППЭМ использует подающее сопло для перемещения порошка или механическую систему подачи для подачи проволоки и прутка в лазерный луч, электронный луч, плазменный луч или другой поток энергии. Затем металлические порошок или проволока и пруток сплавляются соответствующим энергетическим лучом. В то время как в некоторых случаях для поддержания строящейся конструкции могут использоваться опоры или подложки произвольной формы, почти все сырье (порошок, проволока или пруток) в ППЭМ превращается в твердый металл, и, следовательно, мало отработанного порошка остается для вторичной переработки. Используя послойную стратегию, печатающая головка, содержащая энергетический луч или поток и систему подачи сырья, может сканировать по подложке для нанесения последовательных слоев непосредственно по модели САПР.[0006] Another example of an AM process is called direct energy and material injection (DEM). STEM is an AM technology that uses a laser, electron beam, plasma, or other energy delivery method, such as TIG or MIG, to melt metal powder or wire or rod, thereby transforming it into a solid metal object. Unlike many AM technologies, PPEM is not powder-based. Instead, the PPEM uses a feed nozzle to move the powder or a mechanical feed system to feed wire and rod into a laser beam, electron beam, plasma beam, or other energy stream. The metal powder or wire and rod are then fused by an appropriate energy beam. While in some cases free-form supports or supports may be used to support the structure being built, almost all of the raw material (powder, wire or rod) in PPEM is converted to solid metal, and therefore little waste powder is left for recycling. Using a layer-by-layer strategy, a print head containing an energy beam or stream and a feed system can scan across the substrate to deposit successive layers directly from the CAD model.

[0007] СП, СНС, ППЭМ и другие процессы АП могут использовать различное сырье, такое как металлические порошки, проволоки или прутки. Сырье может быть выполнено из различных металлических материалов. Металлические материалы могут включать, например, алюминий или алюминиевые сплавы. Может быть выгодно использовать алюминиевые сплавы, которые обладают свойствами, улучшающими функциональность в рамках процессов АП. Например, форма частиц, размер частиц порошка, плотность упаковки, температура плавления, текучесть, жесткость, пористость, текстура поверхности, плотность электростатического заряда, а также другие физические и химические свойства могут влиять на то, насколько хорошо алюминиевый сплав работает в качестве материала для АП. Аналогичным образом, сырье для процессов АП может быть в виде проволоки и прутка, химический состав и физические свойства которых могут влиять на показатели работы материала. Некоторые сплавы могут влиять на одну или несколько из этих или других характеристик, которые влияют на работу сплава в процессах АП.[0007] SP, SNS, PPEM and other AM processes can use various raw materials such as metal powders, wires or rods. Raw materials can be made of various metal materials. Metallic materials may include, for example, aluminum or aluminum alloys. It may be advantageous to use aluminum alloys that have properties that improve functionality within AM processes. For example, particle shape, powder particle size, packing density, melting point, fluidity, stiffness, porosity, surface texture, electrostatic charge density, and other physical and chemical properties can influence how well an aluminum alloy performs as an AM material. . Likewise, feedstocks for AM processes can be in the form of wire and rod, the chemical composition and physical properties of which can influence the performance of the material. Some alloys may affect one or more of these or other characteristics that affect the alloy's performance in AM processes.

[0008] Один или более аспектов настоящего изобретения могут быть описаны в контексте родственной технологии. Ни один из описанных здесь аспектов не следует толковать как признание уровнем техники, если иное явно не указано здесь.[0008] One or more aspects of the present invention may be described in the context of related technology. Nothing described herein should be construed as prior art unless otherwise expressly stated herein.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0009] Далее будут описаны несколько аспектов одного или более сплавов и составов сплавов, а также способы их изготовления и/или применения. Например, один или более сплавов или их составов могут представлять собой алюминиевые сплавы. Один или более сплавов могут быть применены в трехмерной (3D) печати и/или аддитивном производстве для получения аддитивно изготовленных конструкций с одним или более сплавами. В качестве примера, сплав может включать состав, содержащий множество материалов (например, элементов, металлов и т.д.).[0009] Several aspects of one or more alloys and alloy compositions, as well as methods for making and/or using them, will now be described. For example, one or more alloys or compositions thereof may be aluminum alloys. One or more alloys may be used in three-dimensional (3D) printing and/or additive manufacturing to produce additively manufactured structures with one or more alloys. By way of example, an alloy may include a composition containing a plurality of materials (eg, elements, metals, etc.).

[0010] Согласно некоторым конфигурациям по настоящему изобретению, сплав может содержать: состав, который включает: магний (Mg), составляющий приблизительно от 5 до 12% по массе состава; кремний (Si), составляющий приблизительно от 0,3 до 3% по массе состава; марганец (Mn), составляющий приблизительно от 0,1 до 2% по массе состава; и алюминий (Al), составляющий остальное в составе. В одной конфигурации состав может дополнительно включать по меньшей мере один из: железа (Fe), хрома (Cr), титана (Ti), циркония (Zr) и иттрия (Y). В одной конфигурации состав включает до приблизительно 5% по массе Cr. В одной конфигурации состав включает до приблизительно 0,25% по массе Fe. В одной конфигурации состав включает по меньшей мере 0,05% по массе Fe. В одной конфигурации состав включает по меньшей мере приблизительно 1% по массе Cr. В одной конфигурации состав включает по меньшей мере приблизительно 0,1% по массе Ti. В одной конфигурации состав включает до 0,6% по массе Ti. В одной конфигурации состав включает до приблизительно 2% по массе Zr. В одной конфигурации состав включает по меньшей мере 0,3% по массе Zr. В одной конфигурации состав включает по меньшей мере приблизительно 0,1% по массе Y. В одной конфигурации состав включает до 4% по массе Y. В одной конфигурации состав включает все перечисленные выше элементы (Al , Mg, Mn, Si, Fe, Cr, Ti, Zr и Y). В одной конфигурации остальное из Al в составе включает до приблизительно 0,1% по массе следовых примесей в совокупности и 0,01% по отдельности.[0010] According to some configurations of the present invention, the alloy may contain: a composition that includes: magnesium (Mg), comprising from about 5 to 12% by weight of the composition; silicon (Si), comprising approximately 0.3 to 3% by weight of the composition; manganese (Mn), comprising approximately 0.1 to 2% by weight of the composition; and aluminum (Al) making up the rest of the composition. In one configuration, the composition may further include at least one of iron (Fe), chromium (Cr), titanium (Ti), zirconium (Zr), and yttrium (Y). In one configuration, the composition includes up to about 5% by weight Cr. In one configuration, the composition includes up to about 0.25% by weight Fe. In one configuration, the composition includes at least 0.05% by weight Fe. In one configuration, the composition includes at least about 1% by weight Cr. In one configuration, the composition includes at least about 0.1% by weight Ti. In one configuration, the composition includes up to 0.6% by weight Ti. In one configuration, the composition includes up to about 2% by weight Zr. In one configuration, the composition includes at least 0.3% by weight Zr. In one configuration, the composition includes at least about 0.1% by weight Y. In one configuration, the composition includes up to 4% by weight Y. In one configuration, the composition includes all of the elements listed above (Al, Mg, Mn, Si, Fe, Cr , Ti, Zr and Y). In one configuration, the balance of Al in the composition includes up to about 0.1% by weight of trace impurities collectively and 0.01% individually.

[0011] Следует понимать, что другие аспекты сплавов станут очевидны специалистам в данной области техники из нижеследующего подробного описания, в котором в качестве иллюстрации показаны и описаны только некоторые варианты осуществления. Специалистам в данной области техники будет понятно, что изготовленные конструкции и способы изготовления этих конструкций допускают другие и разные варианты осуществления, и некоторые их подробности могут быть изменены во многих других отношениях, все не выходя за пределы изобретения. Соответственно, чертежи и подробное описание следует рассматривать как иллюстративные по сути, а не как ограничительные.[0011] It should be understood that other aspects of the alloys will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description, in which only certain embodiments are shown and described by way of illustration. Those skilled in the art will appreciate that the structures manufactured and methods for making those structures are susceptible to other and different embodiments, and certain details thereof may be modified in many other respects, all without departing from the scope of the invention. Accordingly, the drawings and detailed description are to be considered as illustrative in nature and not as restrictive.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0012] Различные аспекты сплавов, которые могут использоваться для аддитивного производства, например, в автомобильной, авиационно-космической и/или других отраслях машиностроения, представлены в подробном описании в качестве примера, а не в качестве ограничения, с прилагаемыми чертежами, на которых:[0012] Various aspects of alloys that can be used for additive manufacturing, for example, in the automotive, aerospace and/or other engineering industries, are presented in the detailed description by way of example and not by way of limitation, with accompanying drawings in which:

[0013] Фиг. 1A-1B - графики, иллюстрирующие свойства сплавов;[0013] FIG. 1A-1B are graphs illustrating the properties of alloys;

[0014] Фиг. 2A-2D - соответствующие виды сбоку примерной системы 3D печати.[0014] FIG. 2A-2D are respective side views of an exemplary 3D printing system.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION

[0015] Подробное описание, приведенное ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, предназначено для приведения описания различных примерных вариантов осуществления алюминиевых сплавов, но не предназначено для представления всех возможных вариантов осуществления, в которых изобретение может быть реализовано на практике. Термин «примерный», используемый в настоящем раскрытии, означает «служащий в качестве примера, частного случая или иллюстрации» и не обязательно должен толковаться как предпочтительный или преимущественный по сравнению с другими вариантами осуществления, представленными в этом раскрытии. Подробное описание включает в себя конкретные подробности с целью обеспечения исчерпывающего и полного раскрытия, которое полностью передает объем изобретения специалистам в данной области техники. Однако методы и подходы настоящего изобретения могут быть реализованы на практике без этих конкретных подробностей. В некоторых случаях хорошо известные конструкции и компоненты могут быть показаны в виде блок-схемы или полностью опущены, чтобы избежать затруднений в понимании различных концепций, представленных в этом раскрытии.[0015] The detailed description given below with reference to the accompanying drawings is intended to describe various exemplary embodiments of aluminum alloys, but is not intended to represent all possible embodiments in which the invention may be practiced. The term “exemplary” as used in this disclosure means “serving as an example, particular case, or illustration” and should not necessarily be construed as preferable or superior to other embodiments presented in this disclosure. The Detailed Description includes specific details in order to provide a comprehensive and complete disclosure that will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. However, the methods and approaches of the present invention may be practiced without these specific details. In some cases, well-known structures and components may be shown in block diagram form or omitted entirely to avoid difficulty understanding the various concepts presented in this disclosure.

[0016] Металлические сплавы, такие как алюминиевые сплавы, часто используют в различных машиностроительных применениях, таких как автомобильная и авиационно-космическая промышленность. Во многих из этих применений отраслям промышленности могут быть выгодны сплавы, которые обеспечивают высокую производительность и стабильность. Кроме того, экономичные сплавы могут быть более предпочтительными, так как, например, сплавы, содержащие редкоземельные и/или дорогие элементы, могут быть непрактичными для относительно крупномасштабных и/или коммерческих применений.[0016] Metal alloys, such as aluminum alloys, are often used in various engineering applications such as the automotive and aerospace industries. In many of these applications, industries can benefit from alloys that provide high performance and stability. In addition, economical alloys may be preferred since, for example, alloys containing rare earth and/or expensive elements may be impractical for relatively large scale and/or commercial applications.

[0017] Хотя существуют некоторые сплавы, которые удовлетворяют приведенным выше условиям, они в основном непригодны для применений в аддитивном производстве (АП), таких как селективное лазерное сплавление (СЛС) и/или синтез на подложке (СП). Например, процессы АП со сплавами, обычно используемыми для традиционного производства (то есть производства не методами АП), могут привести к микроструктуре и/или другим характеристикам этих сплавов, которые являются неприемлемыми, например, из-за получения дефектных и/или небезопасных продуктов.[0017] Although there are some alloys that satisfy the above conditions, they are generally unsuitable for additive manufacturing (AM) applications such as selective laser melting (SLM) and/or substrate synthesis (SS). For example, AM processes with alloys commonly used for conventional manufacturing (i.e., non-AM manufacturing) may result in microstructure and/or other characteristics of these alloys that are unacceptable, for example, resulting in defective and/or unsafe products.

[0018] Процессы АП могут включать очень небольшую зону расплава и/или очень высокую скорость охлаждения сплавов из жидкого состояния в твердое, например, по сравнению с традиционными процессами производства. Поэтому для сплавов, используемых в процессах АП, можно ожидать развития микроструктуры и/или других характеристик (например, из-за относительно небольшой зоны расплава и/или относительно высокой скорости охлаждения), которые дают высокие прочность, пластичность, вязкость разрушения, усталостную прочность, коррозионную стойкость и/или прочность при повышенных температурах и, следовательно, приводят к получению удовлетворительных продуктов.[0018] AM processes may involve a very small melt zone and/or a very high rate of cooling of the alloys from a liquid to a solid state, for example, compared to traditional manufacturing processes. Therefore, alloys used in AM processes can be expected to develop microstructure and/or other characteristics (e.g., due to a relatively small melt zone and/or relatively high cooling rate) that result in high strength, ductility, fracture toughness, fatigue strength, corrosion resistance and/or strength at elevated temperatures and therefore lead to satisfactory products.

[0019] С учетом вышеизложенного, существует потребность в сплавах, которые обладают высокими рабочими характеристиками и являются экономически целесообразными для АП в автомобильной, авиационно-космической и/или разнообразных других отраслях машиностроения. Настоящее раскрытие описывает сплавы, которые могут быть внедрены в процессах АП, таких как СЛС, СП, ППЭМ и другие. Таким образом, например, из сплавов, раскрытых в настоящем изобретении, могут быть получены аддитивно изготовленные конструкции. Сплавы по настоящему изобретению могут обеспечивать улучшенные свойства при АП в автомобильной, авиационно-космической и/или других отраслях машиностроения. Сплавы могут давать улучшенные характеристики в контексте АП, такие как одна или более из высокой прочности (например, предела текучести), пластичности, вязкости разрушения, усталостной прочности, коррозионной стойкости, прочности при повышенных температурах, относительного удлинения и/или любой их комбинации. Кроме того, применение сплавов по настоящему изобретению может быть экономически целесообразным, например, в коммерческом контексте и/или в контексте масштаба производства при АП в автомобильной, авиационно-космической и/или других отраслях машиностроения.[0019] In view of the above, there is a need for alloys that have high performance characteristics and are economically viable for AM in the automotive, aerospace and/or various other engineering industries. This disclosure describes alloys that can be used in AM processes such as SLS, SP, PPEM and others. Thus, for example, additively manufactured structures can be obtained from the alloys disclosed in the present invention. The alloys of the present invention may provide improved properties under attack in the automotive, aerospace and/or other engineering industries. Alloys may provide improved properties in the context of AM, such as one or more of high strength (eg, yield strength), ductility, fracture toughness, fatigue strength, corrosion resistance, elevated temperature strength, elongation, and/or any combination thereof. In addition, the use of the alloys of the present invention may be economically feasible, for example, in a commercial context and/or in the context of scale production in AM in the automotive, aerospace and/or other engineering industries.

[0020] В одном аспекте описаны алюминиевые сплавы с высокими характеристиками. Аварийная ударобезопасность представляет собой комбинацию прочностей на растяжение, сдвиг и сжатие, определяющую эксплуатационные характеристики материала при ударном воздействии. Аналитические и экспериментальные данные используют в различных отраслях промышленности (например, в автомобильной промышленности) при проектировании и построении конструкций, включающих эти материалы.[0020] In one aspect, high performance aluminum alloys are described. Emergency impact safety is a combination of tensile, shear and compressive strengths that determines the performance characteristics of a material under impact. Analytical and experimental data are used in various industries (for example, in the automotive industry) in the design and construction of structures incorporating these materials.

[0021] Алюминиевые сплавы с высокими характеристиками, обрабатываемые обычными методами (например, без процессов АП), могут получить различные свойства посредством одного из или комбинации следующих процессов: твердорастворное упрочнение, деформационное упрочнение, дисперсионное упрочнение и/или дисперсное упрочнение. Процессы твердорастворного упрочнения, деформационного упрочнения, дисперсионного упрочнения, зернограничного или межфазного упрочнения и/или дисперсного упрочнения могут происходить во время затвердевания, последующей термической обработки, промежуточной холодной обработки давлением или некоторой их комбинации.[0021] High performance aluminum alloys processed by conventional methods (eg, without AM processes) can obtain various properties through one or a combination of the following processes: solid solution strengthening, work hardening, precipitation strengthening, and/or dispersion strengthening. The processes of solid solution strengthening, strain strengthening, precipitation strengthening, grain boundary or interfacial strengthening and/or precipitation strengthening may occur during solidification, subsequent heat treatment, intermediate cold working, or some combination thereof.

[0022] Процессы затвердевания и последующее охлаждение в твердом состоянии при АП могут отличаться от тех процессов, которые происходят при обычных методах. Например, затвердевание при обработке методом СП происходит в микромасштабе, слой за слоем, при этом каждый слой проходит один или несколько циклов плавления, затвердевания и охлаждения. В таком процессе плавление может начинаться приблизительно при 610°С и может заканчиваться приблизительно при 696°С. Из-за небольшого размера зоны расплава скорость охлаждения является чрезвычайно высокой по сравнению с обычными методами, например, скорость охлаждения может составлять от приблизительно 10³ °C/секунду (с) до приблизительно 10⁶ °C/с. Следовательно, неравновесная термодинамика и кинетика фазовых превращений могут стать доминирующими движущими силами во время АП, тем самым заставляя сплавы проявлять иные свойства при АП, например, за счет наследования перенасыщения элементами и разделения сплава.[0022] The processes of solidification and subsequent cooling in the solid state during AM may differ from those that occur during conventional methods. For example, solidification in SP processing occurs on a microscale, layer by layer, with each layer going through one or more cycles of melting, solidification, and cooling. In such a process, melting may begin at approximately 610°C and may end at approximately 696°C. Due to the small size of the melt zone, the cooling rate is extremely high compared to conventional methods, for example, the cooling rate can be from about 10 ³ °C/second (s) to about 10 ⁶ °C/s. Consequently, nonequilibrium thermodynamics and phase transformation kinetics may become the dominant driving forces during AP, thereby causing alloys to exhibit different properties during AP, for example, by inheriting elemental supersaturation and alloy partitioning.

[0023] Не все сплавы (например, AA 4046 и т.д.) могут подходить для быстрого затвердевания в ходе АП, которое может включать относительно небольшие сварочные ванны (и может иметь скорость от приблизительно 10³ °C/с до приблизительно 10⁶ °C/с). Настоящее изобретение описывает сплавы, которые могут обеспечить высокие характеристики при АП, например, по сравнению с доступными в настоящее время сплавами. Характеристики этих сплавов по настоящему изобретению могут быть улучшены в состоянии после печати, например, после подвергания термической обработке (после АП, т.е. постобработке), или некоторой комбинации как в состоянии после печати, так и после подвергания термической обработке.[0023] Not all alloys (e.g. AA 4046, etc.) may be suitable for rapid solidification during AM, which may involve relatively small weld pools (and may have a rate of from about 10 ³ °C/s to about 10 ⁶ °C/s). The present invention describes alloys that can provide superior AM performance, for example, compared to currently available alloys. The performance of these alloys of the present invention may be improved in an as-printed state, eg, after heat treatment (post-AM, ie, post-processing), or some combination of both as-printed and heat-treated conditions.

[0024] В одной примерной конфигурации один или более сплавов по настоящему изобретению могут быть специально подобраны для превосходного упрочнения, при котором эти один или более сплавов будут иметь высокий предел прочности при растяжении при комнатной и повышенной температурах. В другой примерной конфигурации один или более из сплавов по настоящему изобретению могут быть разработаны для превосходной пластичности, при которой эти один или более сплавов будут иметь высокое относительное удлинение при комнатной и повышенной температурах.[0024] In one exemplary configuration, one or more alloys of the present invention may be specifically selected for superior hardening, such that the one or more alloys will have high tensile strength at room and elevated temperatures. In another exemplary configuration, one or more of the alloys of the present invention may be designed for superior ductility, such that the one or more alloys will have high elongation at room and elevated temperatures.

[0025] Один или более сплавов по настоящему изобретению могут быть специально разработаны для обеспечения быстрых плавления, затвердевания и/или охлаждения, испытываемых сплавами в АП (например, в процессе СП). Например, легирующие элементы и их концентрации могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы во время быстрого охлаждения могли образовываться интерметаллиды с другими легирующими элементами. Кроме того, легирующие элементы и их концентрации могут быть сконфигурированы на основе жидко- и/или твердофазной растворимостей легирующих элементов в алюминиевой матрице. Легирующие элементы и их концентрации могут быть сконфигурированы таким образом, чтобы легирующие элементы могли образовывать перенасыщенные твердые растворы и/или наноразмерные выделения после быстрого затвердевания и охлаждения во время АП (например, процесса СП). Легирующие элементы и их концентрации могут быть сконфигурированы так, чтобы образовывать интерметаллиды и их фазы во время последующей термической обработки, например, включая термическую обработку с выделением вторичных фаз и/или горячее изостатическое прессование (ГИП). Наконец, легирующие элементы и их концентрации могут быть сконфигурированы так, чтобы образовывать целевые специфические интерметаллиды во время быстрого затвердевания и охлаждения, так что образующиеся при этом фазы могут улучшать характеристики одного или более сплавов по настоящему изобретению. Кроме того, конфигурации легирующих элементов и их концентрации могут приводить к образованию фаз во время последующей термической обработки, которые улучшают механические характеристики одного или более сплавов по настоящему изобретению.[0025] One or more of the alloys of the present invention may be specifically designed to provide the rapid melting, solidification and/or cooling experienced by alloys in an AM process (eg, in a SP process). For example, alloying elements and their concentrations can be configured so that intermetallic compounds with other alloying elements can form during rapid cooling. In addition, alloying elements and their concentrations can be configured based on the liquid and/or solid solubility of the alloying elements in the aluminum matrix. The alloying elements and their concentrations can be configured so that the alloying elements can form supersaturated solid solutions and/or nanoscale precipitates after rapid solidification and cooling during the AP (eg, SP process). Alloying elements and their concentrations can be configured to form intermetallic compounds and their phases during subsequent heat treatment, for example, including heat treatment with separation of secondary phases and/or hot isostatic pressing (HIP). Finally, the alloying elements and their concentrations can be configured to form targeted specific intermetallic compounds during rapid solidification and cooling, so that the resulting phases can improve the performance of one or more alloys of the present invention. In addition, alloying element configurations and concentrations may result in the formation of phases during subsequent heat treatment that improve the mechanical properties of one or more of the alloys of the present invention.

[0026] Один или более сплавов по настоящему изобретению выполнены с остальным из Al. В некоторых аспектах остальное может включать не более 0,1% по массе следовых элементов. Алюминий (Al) может быть легирован группой других материалов, таких как один или более элементов. Примеры элементов, которые могут использоваться для формирования алюминиевых сплавов в некоторых конфигурациях, могут включать магний (Mg), марганец (Mn), кремний (Si), хром (Cr), титан (Ti), цирконий (Zr), иттрий (Y) и/или некоторое сочетание всех из или подгруппы приведенной выше группы элементов.[0026] One or more alloys of the present invention are made with the balance being Al. In some aspects, the balance may include no more than 0.1% by weight of trace elements. Aluminum (Al) may be alloyed with a group of other materials, such as one or more elements. Examples of elements that may be used to form aluminum alloys in some configurations may include magnesium (Mg), manganese (Mn), silicon (Si), chromium (Cr), titanium (Ti), zirconium (Zr), yttrium (Y) and/or some combination of all or a subset of the above group of elements.

[0027] Один или более сплавов по настоящему изобретению могут представлять собой состав, который включает Mg, Mn, Si и Al. В соответствии с различными конфигурациями, Mg может составлять приблизительно от 5% до 12% по массе состава, Mn может составлять приблизительно от 0,1% до 2% по массе состава, Si может составлять приблизительно от 0,3% до 3% по массе состава, и Al может составлять остальное в составе. Согласно некоторым дополнительным конфигурациям, составы одного или более сплавов по настоящему изобретению могут включать по меньшей мере один из Fe, Cr, Ti, Zr и/или Y.[0027] One or more alloys of the present invention may be a composition that includes Mg, Mn, Si and Al. According to various configurations, Mg can be from about 5% to 12% by weight of the composition, Mn can be from about 0.1% to 2% by weight of the composition, Si can be from about 0.3% to 3% by weight composition, and Al may make up the remainder of the composition. In some additional configurations, the compositions of one or more alloys of the present invention may include at least one of Fe, Cr, Ti, Zr and/or Y.

[0028] При легировании могут быть получены различные свойства за счет различных элементов, например, при их включении в твердый раствор с Al. Например, упрочняющие свойства могут быть получены за счет Mg и/или Mn при их включении в твердый раствор с Al. Однако добавление Mg и/или Mn может снизить пластичность из-за образования интерметаллических соединений исходя из растворимости Mg и/или Mn. В Таблице 1 иллюстрируется способность различных легирующих элементов в алюминиевых сплавах к упрочнению твердого раствора.[0028] When alloying, different properties can be obtained due to different elements, for example, when they are included in a solid solution with Al. For example, strengthening properties can be obtained from Mg and/or Mn when included in a solid solution with Al. However, the addition of Mg and/or Mn may reduce ductility due to the formation of intermetallic compounds based on the solubility of Mg and/or Mn. Table 1 illustrates the solution strengthening capabilities of various alloying elements in aluminum alloys.

Как показано, наибольшие способности к упрочнению твердого раствора могут быть получены за счет Mg и Mn, например, при порядке измерений в тысячах фунт-сила на квадратный дюйм или килофунтах на квадратный дюйм (ksi).As shown, the greatest solution strengthening capabilities can be obtained from Mg and Mn, for example, when measured in thousand psi or kilopounds per square inch (ksi).

Таблица 1Table 1

Легирующий элементAlloying element Разница в атомном радиусе (%)Atomic radius difference (%) Увеличение прочности в расчете на один массовый %Increase in strength per mass% Предел текучести (ksi) Yield strength (ksi) Предел прочности (ksi)Tensile strength (ksi) CuCu -10,70-10.70 2,002.00 6,256.25 MnMn -11,30-11.30 4,404.40 7,807.80 SiSi -3,80-3.80 1,331.33 5,755.75 MgMg +11,8+11.8 2,702.70 7,307.30 ZnZn -6,00-6.00 0,420.42 2,202.20

[0029] Некоторые существующие алюминиевые сплавы (например, алюминиевые сплавы серий 3000 и 5000), полученные с помощью обычной обработки, основаны на добавлении Mg и Mn в Al. Содержание Mn в алюминиевых сплавах серии 3000 может составлять от 0,2% до 1,2%, а содержание Mg в алюминиевых сплавах серии 5000 может составлять от 0,5% до 5,51%. В качестве другого существующего сплава, алюминиевый сплав (AA) 6061 может иметь высокие прочность и пластичность, например, для применений в авиационно-космической промышленности. Однако AA 6061 может быть неподходящим для процессов АП. В частности, процессы СП с использованием AA 6061 могут давать нежелательные результаты.[0029] Some existing aluminum alloys (eg, 3000 and 5000 series aluminum alloys) produced by conventional processing rely on the addition of Mg and Mn to Al. The Mn content of 3000 series aluminum alloys can range from 0.2% to 1.2%, and the Mg content of 5000 series aluminum alloys can range from 0.5% to 5.51%. As another existing alloy, aluminum alloy (AA) 6061 can have high strength and ductility, for example, for aerospace applications. However, AA 6061 may not be suitable for AM processes. In particular, SP processes using AA 6061 may produce undesirable results.

[0030] Как описано здесь, АП может быть связано с относительно высокотемпературным плавлением и относительно быстрым охлаждением, например, по сравнению с традиционными или не относящимися к АП методами обработки. Связанная с АП высокая скорость охлаждения может увеличивать пределы растворимости различных элементов, включенных в описываемые здесь один или более сплавов, что приводит к получению относительно более тонких микроструктур по сравнению с микроструктурами традиционных или не относящихся к АП методов обработки.[0030] As described herein, AM may involve relatively high temperature melting and relatively rapid cooling, for example, compared to traditional or non-AM processing methods. The high cooling rate associated with AM can increase the solubility limits of the various elements included in one or more alloys described herein, resulting in relatively finer microstructures compared to those of conventional or non-AM processing methods.

[0031] Как описано выше, один или более сплавов по настоящему изобретению могут в дополнение к Al включать Mg, составляющий включительно между 5% и 12% по массе сплава, который может быть добавлен в качестве легирующего элемента вместе с Mn для получения относительно высоких прочности и/или пластичность (например, по сравнению с алюминиевыми сплавами серий 3000 и 5000). Например, один или более сплавов по настоящему изобретению могут включать Mg, составляющий по меньшей мере 7% по массе сплава.[0031] As described above, one or more alloys of the present invention may, in addition to Al, include Mg, comprising between 5% and 12% by weight of the alloy, which may be added as an alloying element along with Mn to obtain relatively high strengths and/or ductility (for example, compared to 3000 and 5000 series aluminum alloys). For example, one or more alloys of the present invention may include Mg comprising at least 7% by weight of the alloy.

[0032] На фиг. 1A и 1B представлены два графика 100, 120 свойств Al, легированного Mg и Mn. Обращаясь к фиг. 1A, первый график 100 показывает как предел текучести (в мегапаскалях (МПа)), так и предел прочности при растяжении (в ksi) у Al, легированного Mg и Mn с разными процентными содержаниями по массе. Как показано, и предел текучести и предел прочности при растяжении алюминиевых сплавов увеличиваются по меньшей мере в диапазоне процентных содержаний по массе приблизительно от 2% Mg до более 7% Mg, который может быть добавлен в качестве легирующего элемента в сочетании с процентными содержаниями по массе приблизительно от 0,0% Mn до 0,9% Mn.[0032] In FIG. 1A and 1B show two graphs 100, 120 of the properties of Al doped with Mg and Mn. Referring to FIG. 1A, the first graph 100 shows both the yield strength (in megapascals (MPa)) and tensile strength (in ksi) of Al doped with Mg and Mn at different mass percentages. As shown, both the yield strength and tensile strength of aluminum alloys increase at least in the range of weight percentages from about 2% Mg to more than 7% Mg, which can be added as an alloying element in combination with weight percentages of about from 0.0% Mn to 0.9% Mn.

[0033] Обращаясь к фиг. 1B, второй график 120 показывает относительное удлинение (на 50 миллиметрах мм / ≈2 дюймах) у Al, легированного Mg и Mn с разными процентными содержаниями по массе. Как показано, относительное удлинение алюминиевых сплавов может оставаться относительно высоким (например, больше 20%, но может быть меньше 40%) по меньшей мере в диапазоне процентных содержаний по массе приблизительно от 2% Mg до более 7% Mg, который может быть добавлен в качестве легирующего элемента в сочетании с процентными содержаниями по массе приблизительно от 0,0% Mn до 0,9% Mn. Таким образом, как показано на фиг. 1A и 1B, Al может быть легирован приблизительно 7% по массе Mg (например, потенциально меньше чем и/или потенциально больше чем 7% по массе Mg), для того, чтобы выполнить один или более сплавов по настоящему изобретению с относительно высокими прочностью и пластичностью. В Таблице 2 иллюстрируется примерная конфигурация сплава, имеющего высокую прочность и высокую пластичность.[0033] Referring to FIG. 1B, the second plot 120 shows the elongation (at 50 millimeters mm / ≈2 inches) of Al doped with Mg and Mn with different mass percentages. As shown, the elongation of aluminum alloys can remain relatively high (e.g., greater than 20%, but may be less than 40%) at least over a range of weight percentages from about 2% Mg to greater than 7% Mg that may be added in as an alloying element in combination with percentages by weight of approximately 0.0% Mn to 0.9% Mn. Thus, as shown in FIG. 1A and 1B, Al may be alloyed with approximately 7% by weight Mg (e.g., potentially less than and/or potentially greater than 7% by weight Mg), in order to make one or more of the alloys of the present invention with relatively high strength and plasticity. Table 2 illustrates an example configuration of an alloy having high strength and high ductility.

Таблица 2table 2

СплавAlloy Mg (массовый %)Mg (mass%) Mn (массовый %)Mn (mass%) AlAl Al-Mg-MnAl-Mg-Mn 5,2-11,55.2-11.5 0,2-1,20.2-1.2 ОстальноеRest

[0034] Хотя Al, легированный Mg и/или Mn, может обеспечивать относительно высокую прочность и/или высокую пластичность, относительно высокая прочность может быть получена за счет твердорастворного упрочнения, но такие сплавы могут не быть термоупрочняемыми. Таким образом, один или более сплавов по настоящему изобретению могут быть предназначены для твердорастворного упрочнения и, дополнительно, для дисперсионного упрочнения. При этом один или более сплавов по настоящему изобретению могут подходить для процессов АП, включая 3D печать. Например, один или более сплавов по настоящему изобретению могут быть выполнены с одним или более другими элементами в дополнение к Mg и Mn, а остальное – Al. С добавкой одного или более других элементов один или более описанных здесь сплавов могут подходить для процессов АП, таких как 3D печать, при этом все еще обеспечивая относительно высокие прочность, пластичность и/или долговечность.[0034] Although Al alloyed with Mg and/or Mn can provide relatively high strength and/or high ductility, relatively high strength can be obtained through solid solution strengthening, but such alloys may not be heat strengthenable. Thus, one or more of the alloys of the present invention may be designed for solid solution strengthening and, optionally, for precipitation strengthening. However, one or more alloys of the present invention may be suitable for AM processes, including 3D printing. For example, one or more of the alloys of the present invention may be made with one or more other elements in addition to Mg and Mn, and the rest Al. With the addition of one or more other elements, one or more of the alloys described herein may be suitable for AM processes such as 3D printing while still providing relatively high strength, ductility and/or durability.

[0035] Выполнение одного или более сплавов по настоящему изобретению с Si может способствовать дисперсионному упрочнению этих одного или более сплавов. Например, Si может быть включен в сплав Al-Mg-Mn. Выполнение с Si может способствовать дисперсионному упрочнению. В качестве иллюстрации, в Таблице 3 приведены различные примеры сплава Al-Mg-Mn-Si, который может подходить для АП. Согласно некоторым конфигурациям, один или более представленных в Таблице 3 сплавов могут быть легированы одним или более другими элементами, например, как описывается в данном документе. [0035] Forming one or more alloys of the present invention with Si can promote precipitation strengthening of the one or more alloys. For example, Si may be included in an Al-Mg-Mn alloy. Performing with Si can promote precipitation strengthening. By way of illustration, Table 3 shows various examples of Al-Mg-Mn-Si alloy that may be suitable for AM. In some configurations, one or more of the alloys shown in Table 3 may be alloyed with one or more other elements, such as those described herein.

Таблица 3Table 3

СплавAlloy Mg (массовый %)Mg (mass%) Mn (массовый%)Mn (mass%) Si (массовый %)Si (mass%) AlAl Al-Mg-Mn-Si 1Al-Mg-Mn-Si 1 5,0-7,05.0-7.0 0,8-1,20.8-1.2 0,8-1,20.8-1.2 ОстальноеRest Al-Mg-Mn-Si 2Al-Mg-Mn-Si 2 6,0-8,06.0-8.0 1,0-1,11.0-1.1 1,0-1,21.0-1.2 ОстальноеRest Al-Mg-Mn-Si 3Al-Mg-Mn-Si 3 8,0-10,08.0-10.0 0,2-0,50.2-0.5 0,8-1,20.8-1.2 ОстальноеRest Al-Mg-Mn-Si 4Al-Mg-Mn-Si 4 8,0-10,08.0-10.0 0,2-0,50.2-0.5 1,4-2,01.4-2.0 ОстальноеRest Al-Mg-Mn-Si 5Al-Mg-Mn-Si 5 7,0-9,07.0-9.0 0,4-0,80.4-0.8 1,4-2,01.4-2.0 ОстальноеRest Al-Mg-Mn-Si 6Al-Mg-Mn-Si 6 6,0-8,06.0-8.0 0,9-1,10.9-1.1 0,8-1,20.8-1.2 ОстальноеRest

[0036] Согласно различным конфигурациям, один или более сплавов по настоящему изобретению могут включать группу первичных (основных) элементов: Al, Mg, Mn и Si. В Таблице 4 иллюстрируются диапазоны процентных содержаний по массе одного или более первичных элементов, с которыми могут быть выполнены один или более сплавов по настоящему изобретению.[0036] According to various configurations, one or more alloys of the present invention may include a group of primary (main) elements: Al, Mg, Mn and Si. Table 4 illustrates the ranges of percentages by weight of one or more primary elements with which one or more alloys of the present invention can be made.

Таблица 4Table 4

AlAl MgMg MnMn SiSi ОстальноеRest 5-12%5-12% 0,1-2%0.1-2% 0,3-3%0.3-3%

[0037] В качестве дополнения к или альтернативы кремнию (Si), один или более сплавов по настоящему изобретению могут быть выполнены с одним или более из группы вторичных (второстепенных) элементов: Fe, Ti, Zr, Cr и/или Y. В Таблице 5 иллюстрируются диапазоны процентных содержаний по массе одного или более вторичных элементов, с которыми могут быть выполнены один или более сплавов по настоящему изобретению. Один или более сплавов по настоящему изобретению могут быть выполнены со всеми из, ни с одним из или с подгруппой из группы вторичных элементов.[0037] As a complement to or alternative to silicon (Si), one or more of the alloys of the present invention may be made with one or more of the group of secondary elements: Fe, Ti, Zr, Cr and/or Y. In Table 5 illustrates the ranges of percentages by weight of one or more secondary elements with which one or more alloys of the present invention can be made. One or more alloys of the present invention may be made with all of, none of, or a subset of the group of secondary elements.

Таблица 5Table 5

FeFe TiTi ZrZr CrCr YY 0,05-0,25%0.05-0.25% 0,1-0,6%0.1-0.6% 0,3-2,0%0.3-2.0% 1-5%1-5% 0,1-4%0.1-4%

[0038] Согласно первому примеру, одна конфигурация состава может включать остальное из Al, приведенные выше процентные содержания по массе Mg, Mn и Si, а также может включать до приблизительно 0,25% по массе Fe. В другой конфигурации состав первого примера может включать по меньшей мере приблизительно 0,05% по массе Fe.[0038] According to the first example, one composition configuration may include the balance of Al, the above percentages by weight of Mg, Mn and Si, and may also include up to about 0.25% by weight Fe. In another configuration, the composition of the first example may include at least about 0.05% by weight Fe.

[0039] Железо является наиболее распространенной примесью, обнаруживаемой в алюминии. Железо обладает высокой растворимостью в расплавленном алюминии, и поэтому оно легко растворяется на всех расплавных этапах производства. Растворимость железа в твердом состоянии является очень низкой, и в зависимости от скорости охлаждения оно может выделяться с образованием FeAl₃ и более сложного AlFeMgSi в сплаве, обеспечивая дополнительную прочность, если контролируется в составе на описываемом уровне.[0039] Iron is the most common impurity found in aluminum. Iron has a high solubility in molten aluminum, and therefore it is easily dissolved in all molten stages of production. The solubility of iron in the solid state is very low and, depending on the rate of cooling, it can precipitate to form FeAl ₃ and the more complex AlFeMgSi in the alloy, providing additional strength if controlled in the composition at the level described.

[0040] Согласно второму примеру, одна конфигурация состава может включать остальное из Al, приведенные выше процентные содержания по массе Mg, Mn и Si, а также может включать до приблизительно 0,6% по массе Ti. В другой конфигурации состав второго примера может включать по меньшей мере приблизительно 0,1% по массе Ti. Титан можно использовать, прежде всего, в качестве измельчителя зерна алюминиевых сплавов. При использовании только его одного, эффект титана уменьшается со временем выдержки в расплавленном состоянии и при повторных переплавках. Однако титан снижает удельную электропроводность и поэтому может использоваться с хромом, который оказывает большое влияние на удельное сопротивление алюминиевых сплавов.[0040] According to a second example, one composition configuration may include the balance of Al, the above percentages by weight of Mg, Mn and Si, and may also include up to about 0.6% by weight Ti. In another configuration, the composition of the second example may include at least about 0.1% by weight Ti. Titanium can be used primarily as a grain grinder for aluminum alloys. When using only one, the effect of titanium decreases with time in the molten state and with repeated meltings. However, titanium reduces electrical conductivity and can therefore be used with chromium, which has a large influence on the resistivity of aluminum alloys.

[0041] Согласно третьему примеру одна конфигурация состава может включать остальное из Al, приведенные выше процентные содержания по массе Mg, Mn и Si, а также может включать до приблизительно 2,0% по массе Zr. В другой конфигурации состав третьего примера может включать по меньшей мере приблизительно 0,3% по массе Zr.[0041] In a third example, one composition configuration may include the balance of Al, the above percentages by weight of Mg, Mn and Si, and may also include up to about 2.0% by weight of Zr. In another configuration, the composition of the third example may include at least about 0.3% by weight Zr.

[0042] Согласно четвертому примеру одна конфигурация состава может включать остальное из Al, приведенные выше процентные содержания по массе Mg, Mn и Si, а также может включать до приблизительно 5% по массе Cr. В другой конфигурации состав четвертого примера может включать по меньшей мере приблизительно 1% по массе Cr. Хром увеличивает модуль упругости в твердом растворе и увеличивает прочность состава, когда он присутствует в виде субмикронных выделений. Так как хром имеет низкую скорость диффузии, хром может образовывать в составе чрезвычайно мелкодисперсные фазы, и он может удерживаться в твердом растворе состава для увеличения как модуля упругости, так и прочности. Хром также снижает склонность к коррозии под напряжением и улучшает вязкость.[0042] According to a fourth example, one composition configuration may include the balance of Al, the above percentages by weight of Mg, Mn and Si, and may also include up to about 5% by weight Cr. In another configuration, the composition of the fourth example may include at least about 1% by weight Cr. Chromium increases the modulus of elasticity in solid solution and increases the strength of the composition when it is present in the form of submicron precipitates. Because chromium has a low diffusion rate, chromium can form extremely fine phases in the composition, and it can be held in solid solution of the composition to increase both elastic modulus and strength. Chromium also reduces the tendency to stress corrosion and improves toughness.

[0043] Согласно пятому примеру одна конфигурация состава может включать остальное из Al, приведенные выше процентные содержания по массе Mg, Mn и Si, а также может дополнительно включать до приблизительно 4% по массе Y. В другой конфигурации состав пятого примера может включать по меньшей мере приблизительно 0,1% по массе Y.[0043] According to the fifth example, one composition configuration may include the balance of Al, the above percentages by weight of Mg, Mn and Si, and may further include up to about 4% by weight Y. In another configuration, the composition of the fifth example may include at least at least approximately 0.1% by weight Y.

[0044] Обращаясь к цирконию и иттрию, оба эти элемента могут образовывать сложные, но наноразмерные выделения, если они доступны в небольших количествах. Однако в настоящем изобретении описываются относительно более высокие количества как циркония, так и иттрия, которые могут увеличивать прочность твердого раствора и вязкость сплава, тем самым уменьшая склонность к растрескиванию при высоких скоростях охлаждения. Иттрий может быть более эффективным, чем цирконий (например, в улучшении твердорастворного упрочнения и/или вязкости), и включение одного или обоих из этих двух элементов в описываемых здесь количествах может сбалансировать их влияния с их стоимостями (например, при производстве одного или более из сплавов по настоящему изобретению).[0044] Turning to zirconium and yttrium, both of these elements can form complex but nano-sized precipitates if they are available in small quantities. However, the present invention discloses relatively higher amounts of both zirconium and yttrium, which can increase the solution strength and toughness of the alloy, thereby reducing the susceptibility to cracking at high cooling rates. Yttrium may be more effective than zirconium (e.g., in improving solid solution hardening and/or toughness), and inclusion of one or both of these two elements in the amounts described herein may balance their effects with their costs (e.g., in producing one or more of alloys of the present invention).

[0045] В некоторых примерных применениях один или более сплавов по настоящему изобретению могут использоваться для АП в автомобильной промышленности. Например, один или более описываемых здесь сплавов могут использоваться в аддитивном производстве для изготовления узлов, соединений и/или других конструкций, которые могут применяться в транспортных средствах (например, в легковых автомобилях, грузовых автомобилях и т.д.). Например, один или более описываемых здесь сплавов могут использоваться в аддитивном производстве для изготовления всех (всего или всей) или части шасси, рамы, кузова и т.д. транспортного средства.[0045] In some exemplary applications, one or more alloys of the present invention may be used for AM in the automotive industry. For example, one or more of the alloys described herein may be used in additive manufacturing to produce assemblies, connections, and/or other structures that may be used in vehicles (eg, cars, trucks, etc.). For example, one or more of the alloys described herein may be used in additive manufacturing to produce all or part of a chassis, frame, body, etc. vehicle.

[0046] Характеристики одного или более описываемых здесь сплавов могут способствовать аварийной ударобезопасности конструкций, изготовленных из одного или более описываемых здесь сплавов. Кроме того, один или более сплавов по настоящему изобретению могут быть выполнены с описываемыми здесь материалами (например, элементами) так, что продукты, аддитивно произведенные с использованием по меньшей мере частично этих одного или более сплавов, могут снизить вес транспортных средств при подходящей точке введения (например, по сравнению с существующими подходами к производству транспортных средств).[0046] The characteristics of one or more of the alloys described herein may contribute to the crashworthiness of structures made from one or more of the alloys described herein. Additionally, one or more of the alloys of the present invention may be formulated with the materials (e.g., elements) described herein such that products additively manufactured using at least part of the one or more alloys may reduce the weight of vehicles at a suitable point of introduction (e.g. compared to existing vehicle manufacturing approaches).

[0047] Один или более сплавов по настоящему изобретению могут обладать характеристиками и/или свойствами, которые превосходят соответствующие характеристики и/или свойства различных существующих сплавов, например, в контексте процессов АП. Например, в Таблице 6 представлены примерные составы сплавов, описываемых в настоящем раскрытии, с различными значениями содержания перечисленных элементов, приведенными в массовых процентах для каждого соответствующего элемента. Показатели включают механические свойства деталей в состоянии после печати, без каких-либо последующих операций механической обработки или постобработки. Сплавы по Таблицам 4-6 могут иметь результирующие механические свойства, превосходящие свойства обычного деформируемого сплава AA 6061-T6. Например, предел текучести сплава, представленного в Таблице 6, может составлять 266 МПа, предел прочности при растяжении сплава, представленного в Таблице 6, может составлять 391 МПа, а относительное удлинение сплава, представленного в Таблице 6, может составлять 11,3%.[0047] One or more alloys of the present invention may have characteristics and/or properties that are superior to those of various existing alloys, for example, in the context of AM processes. For example, Table 6 provides exemplary compositions of the alloys described in the present disclosure, with various contents of the listed elements given as percentages by weight for each respective element. The metrics include the mechanical properties of parts in the as-printed state, without any subsequent machining or post-processing steps. Alloys in Tables 4-6 can have resulting mechanical properties superior to those of conventional wrought AA 6061-T6 alloy. For example, the yield strength of the alloy shown in Table 6 may be 266 MPa, the tensile strength of the alloy shown in Table 6 may be 391 MPa, and the elongation of the alloy shown in Table 6 may be 11.3%.

Таблица 6Table 6

Алюминиевые сплавыAluminum alloys Состав, массовый %Composition, mass% Прочность, МПаStrength, MPa Удлинение Elongation MgMg SiSi MnMn FeFe AlAl Предел текучестиYield strength Предел прочности Tensile strength %% Сплав 1Alloy 1 5,645.64 1,211.21 1,021.02 0,160.16 Остальное Rest 251251 385385 11,311.3 Сплав 2Alloy 2 5,295.29 1,231.23 0,90.9 0,10.1 Остальное Rest 235235 370370 10,110.1 Сплав 3Alloy 3 6,196.19 1,071.07 1,11.1 0,060.06 Остальное Rest 266266 391391 9,59.5 Сплав 4Alloy 4 7,137.13 1,091.09 0,570.57 0,150.15 Остальное Rest 262262 403403 99

[0048] В процессах АП могут использоваться различные металлические порошки, такие как один или более сплавов по настоящему изобретению. На фиг. 2A-2D представлены соответствующие виды сбоку примерной системы 3D печати (3D принтера). В этом примере система 3D печати представляет собой систему 200 синтеза на подложке (СП). На фиг. 2A-2D показана система 200 СП на различных стадиях работы. Следует понимать, что признаки на фиг. 2A-2D и других фигурах в этом раскрытии не обязательно изображены в масштабе, но могут быть увеличены или уменьшены с целью лучшей иллюстрации описываемых здесь концепций.[0048] AM processes can use a variety of metal powders, such as one or more of the alloys of the present invention. In fig. 2A-2D are corresponding side views of an exemplary 3D printing system (3D printer). In this example, the 3D printing system is a substrate synthesis (SP) system 200 . In fig. 2A-2D show the SP system 200 at various stages of operation. It should be understood that the features in FIG. 2A-2D and other figures in this disclosure are not necessarily drawn to scale, but may be enlarged or reduced to better illustrate the concepts described herein.

[0049] Частные варианты осуществления, показанные на фиг. 2A-2D, представляют собой некоторые подходящие примеры системы СП, использующей принципы настоящего изобретения. В частности, один или более из описываемых здесь алюминиевых сплавов могут использоваться в по меньшей мере одной системе 200 СП, описанной и проиллюстрированной на фиг. 2A-2D. Хотя один или более описываемых здесь алюминиевых сплавов могут подходить для различных процессов АП (например, с использованием такой системы СП, как показанная на фиг. 2A-2D), следует понимать, что один или более сплавов по настоящему изобретению также могут подходить для других применений. Например, один или более описываемых здесь алюминиевых сплавов могут использоваться в других областях или сферах производства без выхода за пределы объема настоящего изобретения. Соответственно, процессы АП, использующие один или более алюминиевых сплавов по настоящему изобретению, следует рассматривать как иллюстративные, и они не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения.[0049] Particular embodiments shown in FIG. 2A-2D are some suitable examples of a SP system using the principles of the present invention. In particular, one or more of the aluminum alloys described herein may be used in at least one SP system 200 described and illustrated in FIG. 2A-2D. Although one or more of the aluminum alloys described herein may be suitable for various AM processes (for example, using an AM system such as that shown in FIGS. 2A-2D), it should be understood that one or more alloys of the present invention may also be suitable for other applications. . For example, one or more of the aluminum alloys described herein may be used in other applications or applications without departing from the scope of the present invention. Accordingly, AM processes using one or more of the aluminum alloys of the present invention should be considered illustrative and are not intended to limit the scope of the present invention.

[0050] Согласно некоторым примерам настоящего изобретения, алюминиевый сплав, используемый в системе 200 СП, может представлять собой состав, который включает остальное из Al, Mg, составляющий по меньшей мере 2% по массе состава, Mn, составляющий до 2,5% по массе состава, и Si, составляющий до 4% по массе состава. В частной конфигурации Mg может составлять от 5 до 12% по массе состава, Mn может составлять от 0,1 до 2% по массе состава, а Si может составлять от 0,3 до 3% по массе состава.[0050] According to some examples of the present invention, the aluminum alloy used in the SP system 200 may be a composition that includes the balance of Al, Mg comprising at least 2% by weight of the composition, Mn comprising up to 2.5% by weight by weight of the composition, and Si, constituting up to 4% by weight of the composition. In a particular configuration, Mg may comprise 5 to 12% by weight of the composition, Mn may comprise 0.1 to 2% by weight of the composition, and Si may constitute 0.3 to 3% by weight of the composition.

[0051] В некоторых других конфигурациях состав может дополнительно включать по меньшей мере один элемент, выбранный из группы Fe, Ti, Zr, Cr и/или Y. В одном примере состав может включать Fe, составляющее до 1% по массе состава, например, состав может включать Fe, составляющее включительно между 0,05% и 0,25% по массе состава. В другом примере состав может включать Ti, составляющий от 0 до 1% по массе состава, например, состав может включать Ti, составляющий включительно между 0,1% и 0,6% по массе состава. В другом примере состав может включать Zr, составляющий 0,15-5% по массе состава, например, состав может включать Zr, составляющий включительно между 0,3% и 2% по массе состава. В еще одном примере состав может включать Cr, составляющий по меньшей мере 1% по массе состава, например, состав может включать Cr, составляющий включительно между 1% и 5% по массе состава. В еще одном примере состав может включать Y, составляющий по меньшей мере 0,1% по массе состава, например, состав может включать Y, составляющий включительно между 0,1% и 4% по массе состава. В одной конфигурации состав включает все перечисленные выше элементы (Al, Mg, Mn, Si, Fe, Cr, Ti, Zr и Y). В одной конфигурации состав включает до приблизительно 0,1% по массе следовых примесей в совокупности и 0,01% по массе по отдельности (например, по каждому отдельному элементу, который добавлен в качестве легирующего элемента, а остальное - Al).[0051] In some other configurations, the composition may further include at least one element selected from the group of Fe, Ti, Zr, Cr and/or Y. In one example, the composition may include Fe, comprising up to 1% by weight of the composition, for example, the composition may include Fe comprising between 0.05% and 0.25% by weight of the composition. In another example, the composition may include Ti comprising from 0 to 1% by weight of the composition, for example, the composition may include Ti comprising between and including 0.1% and 0.6% by weight of the composition. In another example, the composition may include Zr comprising 0.15-5% by weight of the composition, for example, the composition may include Zr comprising between and including 0.3% and 2% by weight of the composition. In yet another example, the composition may include Cr comprising at least 1% by weight of the composition, for example, the composition may include Cr comprising between 1% and 5% by weight of the composition. In yet another example, the composition may include Y comprising at least 0.1% by weight of the composition, for example, the composition may include Y comprising between 0.1% and 4% by weight of the composition. In one configuration, the composition includes all of the elements listed above (Al, Mg, Mn, Si, Fe, Cr, Ti, Zr and Y). In one configuration, the composition includes up to about 0.1% by weight of trace impurities collectively and 0.01% by weight individually (eg, each individual element that is added as an alloying element and the balance is Al).

[0052] Перед использованием в системе 200 СП элементы алюминиевого сплава могут быть объединены в состав (композицию) в соответствии с одним из описанных здесь примеров/конфигураций. Например, элементы в соответствующих концентрациях, описанных в одном из примеров/конфигураций настоящего изобретения, могут быть объединены, когда элементы расплавлены. Состав может быть смешан, пока элементы расплавлены, например, чтобы способствовать равномерному распределению каждого элемента в Al, составляющем остальное. Расплавленный состав может быть охлажден и распылен. В результате распыления состава можно получить металлический порошок, который включает элементы одного из примеров/конфигураций настоящего изобретения, и который может использоваться в системах аддитивного производства, таких как система 200 СП.[0052] Prior to use in the SP system 200, the aluminum alloy elements may be combined into a composition in accordance with one of the examples/configurations described herein. For example, elements in the appropriate concentrations described in one example/configuration of the present invention can be combined when the elements are melted. The composition may be mixed while the elements are molten, for example, to promote uniform distribution of each element in the Al making up the rest. The molten composition can be cooled and sprayed. Spraying the composition can produce a metal powder that includes elements of one of the examples/configurations of the present invention, and which can be used in additive manufacturing systems, such as the SP system 200.

[0053] Система 200 СП может включать в себя устройство 201 нанесения, выполненное с возможностью нанесения каждого слоя металлического порошка, источник 203 энергетического луча, выполненный с возможностью генерирования энергетического луча, дефлектор 205, выполненный с возможностью применения энергетического луча для сплавления порошкового материала, и рабочую пластину 207, выполненную с возможностью поддержки одной или более строящихся деталей, таких как строящаяся деталь 209. Система 200 СП также может включать в себя строительную платформу 211, расположенную внутри емкости для порошковой подложки. Стенки 212 емкости для порошковой подложки обычно определяют границы емкости для порошковой подложки, которая расположена между стенками 212 сбоку и опирается на часть строительной платформы 211 снизу. Строительная платформа 211 может постепенно опускать рабочую пластину 207, так что устройство 201 нанесения может нанести следующий слой. Весь механизм может находиться в камере 213, которая может заключать в себе другие компоненты, тем самым защищая оборудование, позволяя осуществлять регулирование атмосферы и температуры и снижая риски загрязнения. Устройство 201 нанесения может включать в себя бункер 215, который содержит порошок 217, такой как металлический порошок, и выравниватель 219, который может выравнивать верхнюю часть каждого слоя нанесенного порошка.[0053] The SP system 200 may include an applicator 201 configured to apply each layer of metal powder, an energy beam source 203 configured to generate the energy beam, a deflector 205 configured to apply the energy beam to fuse the powder material, and a build plate 207 configured to support one or more parts being built, such as part being built 209. The SP system 200 may also include a build platform 211 located within a powder bed container. The walls 212 of the powder bed container generally define the boundaries of the powder bed container, which is located between the walls 212 laterally and rests on a portion of the building platform 211 below. The build platform 211 may gradually lower the build plate 207 so that the applicator 201 can apply the next layer. The entire mechanism may be contained within a chamber 213, which may enclose other components, thereby protecting the equipment, allowing atmospheric and temperature control, and reducing contamination risks. The application device 201 may include a hopper 215 that contains a powder 217, such as metal powder, and a leveler 219 that can level the top of each layer of applied powder.

[0054] Обращаясь в частности к фиг. 2A, на этой фигуре показана система 200 СП после того, как был сплавлен срез строящейся детали 209, но до того, как нанесен следующий слой порошка. Фактически, на фиг. 2A иллюстрируется тот момент времени, в который система 200 СП уже нанесла и сплавила срезы во множественных слоях, например, 150 слоях, сформировав текущее состояние строящейся детали 209, например, образованной из 150 срезов. Множественные уже нанесенные слои создали порошковую подложку 221, которая включает порошок, который был нанесен, но не сплавлен.[0054] Referring in particular to FIG. 2A, this figure shows the SP system 200 after a section of the build piece 209 has been fused, but before the next layer of powder has been applied. In fact, in FIG. 2A illustrates the point in time at which the SP system 200 has already deposited and fused slices in multiple layers, such as 150 layers, to form the current state of the part under construction 209, for example, formed from 150 slices. The multiple layers already deposited create a powder substrate 221 that includes powder that has been deposited but not fused.

[0055] На фиг. 2B показана система 200 СП на стадии, в которой строительная платформа 211 может опуститься на толщину 223 порошкового слоя. Опускание строительной платформы 211 ведет к опусканию строящейся детали 209 и порошковой подложки 221 на толщину 223 порошкового слоя, так что верх строящейся детали и верх порошковой подложки располагаются ниже верха стенки 212 емкости для порошковой подложки на величину, равную толщине порошкового слоя. Таким образом, например, можно создать пространство с постоянной толщиной, равной толщине 223 порошкового слоя, над верхом строящейся детали 209 и верхом порошковой подложки 221.[0055] In FIG. 2B shows the SP system 200 at a stage in which the construction platform 211 can be lowered to a powder bed thickness 223. Lowering the build platform 211 lowers the build piece 209 and the powder bed 221 by a powder bed thickness 223 so that the top of the build piece and the top of the powder bed are below the top of the powder bed container wall 212 by an amount equal to the powder bed thickness. Thus, for example, it is possible to create a space with a constant thickness equal to the thickness of the powder layer 223 above the top of the build part 209 and the top of the powder bed 221.

[0056] На фиг. 2C показана система 200 СП на стадии, в которой устройство 201 нанесения позиционировано для нанесения порошка 217 в пространство, созданное над верхними поверхностями 226 строящейся детали 209 и порошковой подложки 221 и ограниченное стенками 212 емкости для порошковой подложки. В этом примере устройство 201 нанесения постепенно перемещается поверх заданного пространства, при этом выдавая порошок 217 из бункера 215. Выравниватель 219 может выравнивать выданный порошок с образованием порошкового слоя 225, имеющего толщину, по существу равную толщине 223 порошкового слоя (см., например, фиг. 2B). Таким образом, порошок в системе СП может поддерживаться опорной конструкцией для порошкового материала, которая может включать в себя, например, рабочую пластину 207, строительную платформу 211, строящуюся деталь 209, стенки 212 и т.п. Следует отметить, что иллюстрируемая толщина порошкового слоя 225 (т.е. толщина 223 порошкового слоя (фиг. 2B)) больше, чем фактическая толщина, используемая для примера, включающего 150 ранее нанесенных слоев, рассмотренного выше со ссылкой на фиг. 2A.[0056] In FIG. 2C shows the SP system 200 at a stage in which the application device 201 is positioned to apply powder 217 into the space created above the top surfaces 226 of the build part 209 and the powder substrate 221 and defined by the walls 212 of the powder substrate container. In this example, the applicator 201 is gradually moved over a predetermined space while dispensing powder 217 from a hopper 215. The leveler 219 may level the dispensed powder to form a powder layer 225 having a thickness substantially equal to the thickness of the powder layer 223 (see, for example, FIG. .2B). Thus, the powder in the SP system may be supported by a powder material support structure, which may include, for example, a build plate 207, a build platform 211, a build piece 209, walls 212, and the like. It should be noted that the illustrated thickness of the powder layer 225 (ie, powder layer thickness 223 (FIG. 2B)) is greater than the actual thickness used for the example involving 150 previously deposited layers discussed above with reference to FIG. 2A.

[0057] На фиг. 2D показана система 200 СП на стадии, в которой после нанесения порошкового слоя 225 (фиг. 2C) источник 203 энергетического луча генерирует энергетический луч 227, а дефлектор 205 подает энергетический луч для сплавления следующего среза в строящейся детали 209. В различных примерных вариантах осуществления источник 203 энергетического луча может быть источником электронного луча, и в этом случае энергетический луч 227 представляет собой электронный луч. Дефлектор 205 может включать в себя отклоняющие пластины, которые могут генерировать электрическое поле или магнитное поле, которое селективно отклоняет электронный луч, чтобы заставить электронный луч сканировать по предназначенным для сплавления областям. В различных вариантах осуществления источник 203 энергетического луча может быть лазером, и в этом случае энергетический луч 227 является лазерным лучом. Дефлектор 205 может включать в себя оптическую систему, которая использует отражение и/или преломление, чтобы управлять (манипулировать) лазерным лучом для сканирования по подлежащим сплавлению выбранным областям.[0057] In FIG. 2D shows the SP system 200 at a stage where, after applying the powder layer 225 (FIG. 2C), the energy beam source 203 generates the energy beam 227 and the deflector 205 delivers the energy beam to fuse the next cut in the build part 209. In various exemplary embodiments, the source The energy beam 203 may be an electron beam source, in which case the energy beam 227 is an electron beam. The deflector 205 may include deflector plates that may generate an electric field or a magnetic field that selectively deflects the electron beam to cause the electron beam to scan over the target areas for fusion. In various embodiments, the energy beam source 203 may be a laser, in which case the energy beam 227 is a laser beam. The deflector 205 may include an optical system that uses reflection and/or refraction to control (manipulate) the laser beam to scan over selected areas to be fused.

[0058] В различных вариантах осуществления дефлектор 205 может включать в себя один или более универсальных шарниров и исполнительных механизмов, которые могут поворачивать и/или поступательно перемещать источник энергетического луча для позиционирования энергетического луча. В различных вариантах осуществления источник 203 энергетического луча и/или дефлектор 205 могут осуществлять модуляцию энергетического луча, например, включать и выключать энергетический луч по мере сканирования дефлектора, так что энергетический луч подается только в соответствующих областях порошкового слоя. Например, в различных вариантах осуществления энергетический луч может модулироваться процессором цифровой обработки сигналов (ПЦОС).[0058] In various embodiments, deflector 205 may include one or more universal joints and actuators that can rotate and/or translate the energy beam source to position the energy beam. In various embodiments, energy beam source 203 and/or deflector 205 may modulate the energy beam, such as turning the energy beam on and off as the deflector is scanned, such that the energy beam is delivered only to appropriate areas of the powder bed. For example, in various embodiments, the energy beam may be modulated by a digital signal processor (DSP).

[0059] Сплав может представлять собой вещество, состоящее из двух или более материалов (например, металлов или неметаллов). Эти два или более материала могут быть объединены друг с другом за счет их слияния вместе, например, в расплавленном состоянии.[0059] An alloy can be a substance composed of two or more materials (eg, metals or non-metals). These two or more materials can be combined with each other by fusing them together, for example in a molten state.

[0060] В некоторых конфигурациях один или более сплавов по настоящему изобретению могут представлять собой состав, который может быть смешан включающим остальное из Al и следующие материалы: (1) Mg, составляющий приблизительно 5-12% по массе состава; (2) Mn, составляющий приблизительно 0,1-2% по массе состава; (3) Si, составляющий 0,3-3% по массе состава. В некоторых конфигурациях остальное из Al может включать до 0,1% следовых примесей.[0060] In some configurations, one or more alloys of the present invention may be a composition that may be mixed to include the remainder of Al and the following materials: (1) Mg, comprising approximately 5-12% by weight of the composition; (2) Mn, comprising approximately 0.1-2% by weight of the composition; (3) Si, comprising 0.3-3% by weight of the composition. In some configurations, the Al balance may include up to 0.1% trace impurities.

[0061] В некоторых других конфигурациях один или более сплавов по настоящему изобретению могут представлять собой вышеприведенный состав из Al, Mg, Mn и Si, и этот состав может включать по меньшей мере один из следующих других материалов: Fe, Ti, Zr, Cr и/или Y. Когда сплав по настоящему изобретению является включающим Fe составом, Fe может составлять 0,05-0,25% по массе состава. Когда сплав по настоящему изобретению является включающим Ti составом, Ti может составлять 0,1-0,6% по массе состава. Когда сплав по настоящему изобретению является включающим Zr составом, Zr может составлять 0,3-2% по массе состава. Когда сплав по настоящему изобретению является включающим Cr составом, Cr может составлять 1-5% по массе состава. Когда сплав по настоящему изобретению является включающим Y составом, Y может составлять 0,1-4% по массе состава. В различных конфигурациях один или более сплавов по настоящему изобретению могут включать все, ни одного или некоторые из других материалов Fe, Ti, Zr, Cr и/или Y.[0061] In some other configurations, one or more alloys of the present invention may be the above composition of Al, Mg, Mn and Si, and this composition may include at least one of the following other materials: Fe, Ti, Zr, Cr and /or Y. When the alloy of the present invention is an Fe-containing composition, Fe may constitute 0.05-0.25% by weight of the composition. When the alloy of the present invention is a Ti-containing composition, Ti may constitute 0.1-0.6% by weight of the composition. When the alloy of the present invention is a Zr-containing composition, Zr may constitute 0.3-2% by weight of the composition. When the alloy of the present invention is a Cr-containing composition, Cr may constitute 1-5% by weight of the composition. When the alloy of the present invention is a Y-containing composition, Y may constitute 0.1-4% by weight of the composition. In various configurations, one or more alloys of the present invention may include all, none, or some of the other materials Fe, Ti, Zr, Cr, and/or Y.

[0062] Примерный сплав по настоящему изобретению может быть обработан методом лазерного СП (L-PBF) для печати прутков для испытаний. Свойства на растяжение могут быть получены от примерного сплава.[0062] An exemplary alloy of the present invention can be processed by laser PBF (L-PBF) to print test rods. Tensile properties can be obtained from an exemplary alloy.

[0063] Сырье для АП может быть получено с помощью процессов для изготовления порошков, а также других методов, таких как производство слитков, в котором твердый слиток получают путем плавки металла вместе с добавленными легирующими элементами и его затвердевания в литейной форме, такой как изложница. Отлитое твердое тело или слиток затем подвергают деформированию различными методами обработки деформируемых материалов, таких как прокатка, прессование, волочение и т.д. Слитки, проволоки и прутки либо подвергают плавлению и распылению для получения порошков, либо их непосредственно подают в лазерные, электронные, плазменные пучки, или в электрическую дугу, такую как в TIG, MIG, для плавления металла слой за слоем с получением изделий АП.[0063] AM raw materials can be produced through powder manufacturing processes as well as other methods such as ingot manufacturing, in which a solid ingot is produced by melting the metal along with added alloying elements and solidifying it in a mold such as a mold. The cast solid or ingot is then deformed by various deformable material processing methods such as rolling, pressing, drawing, etc. Ingots, wires and rods are either melted and pulverized to produce powders, or they are directly fed into laser, electron, plasma beams, or electric arcs such as TIG, MIG, to melt the metal layer by layer to produce AM products.

[0064] Характеристики порошка могут быть важны для успешного сплавления в станке АП, таком как СП и/или ППЭМ. Некоторые аспекты порошков сплавов, которые могут быть выгодными для применения с АП, могут включать, но не ограничиваются ими, хорошую сыпучесть, плотную упаковку частиц и сферическую форму частиц. Эти аспекты могут привести получению однородных и предсказуемых слоев.[0064] Powder characteristics may be important for successful fusion in an AM machine such as SP and/or PPEM. Some aspects of alloy powders that may be advantageous for AM applications may include, but are not limited to, good flowability, close particle packing, and spherical particle shape. These aspects can result in uniform and predictable layers.

[0065] Приведенное выше описание направлено на то, чтобы дать возможность любому специалисту в данной области техники реализовать на практике описанные здесь различные аспекты. Специалистам в данной области техники будут очевидны различные модификации этих примерных вариантов осуществления, представленных по всему этому раскрытию, и раскрытые здесь концепции могут быть применены к алюминиевым сплавам. Таким образом, притязания не предназначены быть ограниченными примерными вариантами осуществления, представленными по всему этому раскрытию, но должны соответствовать полному объему, согласующемуся с использованными в формуле изобретения формулировками. Все конструктивные и функциональные эквиваленты элементов примерных вариантов осуществления, описанных по всему этому раскрытию, которые известны или позднее станут известны специалистам в данной области техники, охватываются формулой изобретения. Кроме того, ничто из раскрытого здесь не предназначено становится всеобщим достоянием, независимо от того, указано ли такое раскрытие явным образом в формуле изобретения. Никакой элемент формулы изобретения не должен толковаться согласно положениям §112(f) главы 35 Кодекса США (USC) или аналогичным законодательством в применимых юрисдикциях, если только этот элемент явным образом не указан с использованием фразы «средства для» или, в случае характеризующего способ пункта формулы изобретения, это элемент не указан с использованием фразы «этап для».[0065] The above description is intended to enable any person skilled in the art to practice the various aspects described herein. Various modifications to these exemplary embodiments presented throughout this disclosure will be apparent to those skilled in the art, and the concepts disclosed herein can be applied to aluminum alloys. Thus, the claims are not intended to be limited to the exemplary embodiments presented throughout this disclosure, but are intended to be given the full scope of the claims as used herein. All structural and functional equivalents of elements of the exemplary embodiments described throughout this disclosure that are known or later become known to those skilled in the art are covered by the claims. Moreover, nothing disclosed herein is intended to be in the public domain, whether or not such disclosure is expressly stated in the claims. No element of the claims shall be construed under the provisions of 35 USC §112(f) or similar law in any applicable jurisdiction unless that element is expressly identified by use of the phrase "means for" or, in the case of a method-specific clause claims, this element is not specified using the phrase "step for".

Claims

1. Aluminum alloy intended for the manufacture of structures using the additive manufacturing method, containing, wt.%:

magnesium from 2 to 15;

manganese from 0.1 to 2.5;

silicon from 0.3 to 4;

if necessary, at least one of the components:

iron up to 1, titanium up to 1, yttrium from 0.1 to 4.0, zirconium from 0.15 to 5 and chromium from 1 to 5; And

aluminum and trace impurities - the rest.

2. Alloy according to claim 1, characterized in that the alloy contains, wt.%:

magnesium from 5 to 12;

manganese from 0.1 to 2;

silicon from 0.3 to 3.

3. Alloy according to claim 1 or 2, characterized in that the alloy contains up to 0.25 wt.% iron.

4. Alloy according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the alloy contains at least 0.05 wt.% iron.

5. An alloy according to any one of claims 1-4, characterized in that the alloy contains up to 0.6 wt.% titanium.

6. An alloy according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the alloy contains at least 0.1 wt.% titanium.

7. An alloy according to any one of claims 1-6, characterized in that the alloy contains up to 2.0 wt.% zirconium.

8. An alloy according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the alloy contains at least 0.3 wt.% zirconium.

9. Alloy according to any one of paragraphs. 1-8, characterized in that the alloy contains up to 0.1 wt.% trace impurities.

10. Alloy according to claim 1, characterized in that the elongation in the as-printed state is 9% or 9.5%.

11. Alloy according to claim 1, characterized in that the relative elongation in the as-printed state is 10.1%.

12. The alloy according to claim 1, characterized in that the relative elongation in the as-printed state is 11.3%.

13. Aluminum alloy intended for the manufacture of structures using the additive manufacturing method, containing, wt.%:

magnesium from 2 to 8;

manganese from 0.1 to 2.5;

zirconium from 0.15 to 5;

if necessary, at least one of the components:

iron up to 1, titanium up to 1, yttrium from 0.1 to 4.0 and chromium from 1 to 5; And

aluminum and trace impurities - the rest.

14. The alloy according to claim 13, characterized in that the alloy contains magnesium in an amount of 2 to 4 wt.%.

15. The alloy according to claim 13 or 14, characterized in that the alloy contains manganese in an amount of 0.3 to 1.5 wt.%.

16. Alloy according to any one of paragraphs. 13-15, characterized in that the alloy contains zirconium in an amount from 0.3 to 3 wt.%.

17. Alloy according to any one of paragraphs. 13-16, characterized in that the alloy contains up to 0.25 wt.% iron.

18. Alloy according to any one of paragraphs. 13-17, characterized in that the alloy contains at least 0.05 wt.% iron.

19. Alloy according to any one of paragraphs. 13-18, characterized in that the alloy contains up to 0.6 wt.% titanium.

20. Alloy according to any one of paragraphs. 13-19, characterized in that the alloy contains at least 0.1 wt.% titanium.

21. Alloy according to any one of paragraphs. 13-20, characterized in that the alloy contains up to 2.0 wt.% zirconium.

22. Alloy according to any one of paragraphs. 13-21, characterized in that the alloy contains at least 0.3 wt.% zirconium.

23. The alloy according to claim 13, characterized in that the elongation in the as-printed state is 9% or 9.5%.

24. The alloy according to claim 13, characterized in that the relative elongation in the as-printed state is 10.1%.

25. The alloy according to claim 13, characterized in that the relative elongation in the as-printed state is 11.3%.