Mg-Y-RE-Zr系列鎂稀土合金具有密度低、耐熱性好、抗蠕變性能優(yōu)良等特點(diǎn)，被廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、衛(wèi)星支架等部件，在航空航天、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。采用鑄造或者鍛造等傳統(tǒng)工藝制造鎂稀土合金大型復(fù)雜構(gòu)件時(shí)，制造周期較長(zhǎng)、材料利用率低、易產(chǎn)生成形缺陷，限制了該系列合金在關(guān)鍵領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用。

      增材制造是一種利用激光或電弧等作為熱源，通過(guò)熔化合金粉末或絲材，在程序控制下逐層堆積出金屬零件的先進(jìn)制造技術(shù)。當(dāng)前，鎂稀土合金增材制造的研究主要集中在激光粉末床熔化（LPBF）方面，由于LPBF的冷卻速度極快，沉積層晶粒尺寸能低至數(shù)微米。但由于Y元素與氧較強(qiáng)的親和性以及合金粉末較高的比表面積，LPBF制備的Mg-Y-RE合金中通常會(huì)存在嚴(yán)重的Y2O3夾雜，惡化了制件的力學(xué)性能。因此，亟需針對(duì)高活性Mg-Y-RE合金展開其他增材制造工藝的探索。

        近日，上海交通大學(xué)輕合金精密成型國(guó)家工程研究中心吳國(guó)華教授團(tuán)隊(duì)在鎂稀土合金電弧增材制造方面取得重要研究進(jìn)展.本期谷.專欄將對(duì)此進(jìn)行分享。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.132922

 高性能鎂稀土合金增材制造新視野

在該研究中，吳國(guó)華教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新地采用了電弧熔絲增材制造（WAAM）技術(shù)實(shí)現(xiàn)了Mg-4Y-3RE-0.5Zr合金的制備，并首次報(bào)道了電弧熔絲增材鎂稀土合金的組織不均勻性及其形成機(jī)制。

圖1 WAAM制備的Mg-4Y-3RE-0.5Zr合金及其顯微組織

研究表明，由于交流電弧獨(dú)特的陰極清理效應(yīng)以及合金絲材較低的比表面積，WAAM工藝所制備的鎂稀土合金中并未發(fā)現(xiàn)明顯的氧化夾雜缺陷。另一方面，相比較于LPBF工藝而言，WAAM較大的熱輸入使得熔池的冷卻速度較小，能有效降低合金凝固時(shí)的收縮應(yīng)力，抑制裂紋萌生。

圖2 WAAM制備的Mg-4Y-3RE-0.5Zr合金的第二相及晶粒尺寸分布

圖3 WAAM制備的Mg-4Y-3RE-0.5Zr合金不同沉積層的DSC分析

     該研究通過(guò)對(duì)沉積層不同高度的顯微組織進(jìn)行表征，揭示了Mg-Y-RE-Zr合金在電弧熔絲增材制造過(guò)程中的組織演變機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著沉積高度的不斷提高，沉積層的冷卻速度逐漸降低，導(dǎo)致了沉積層晶粒尺寸沿高度方向逐漸粗化。此外，電弧加熱導(dǎo)致的多重?zé)嵫�環(huán)會(huì)對(duì)已沉積層形成“原位固溶”和“原位時(shí)效”的效果。沉積層底部的共晶組織在多重?zé)嵫�環(huán)的作用下首先發(fā)生溶解，隨后稀土元素又在多重?zé)嵫�環(huán)的作用下下沉淀析出，在晶界和晶內(nèi)形成了彌散分布的β’和β1相。沉積層頂端組織主要由粗大的α-Mg枝晶和連續(xù)粗大的共晶組織組成，并未發(fā)現(xiàn)稀土沉淀相的存在。

圖4 WAAM制備的Mg-4Y-3RE-0.5Zr合金在沉積高度方向上的顯微硬度分布

     由于WAAM工藝制備的Mg-Y-RE-Zr合金中存在明顯的組織不均勻性，其在沉積高度方向上的力學(xué)性能也存在顯著差異。該研究首次報(bào)道了鎂稀土合金電弧熔絲增材的相關(guān)研究，為高性能鎂稀土合金的增材制造技術(shù)開辟了新視野。

     近年來(lái)，在丁文江院士的大力支持下，吳國(guó)華教授團(tuán)隊(duì)一直在鎂稀土合金材料開發(fā)及其成形技術(shù)領(lǐng)域展開深入研究并取得了一系列原創(chuàng)性科研成果，為鎂稀土合金在航空航天領(lǐng)域的推廣應(yīng)用提供了有力支撐。

(責(zé)任編輯：admin)

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