Hoogwaardig poeder van aluminiumlegering Al6061 voor additieve vervaardiging

Al6061 is een van de meest veelzijdige en veelgebruikte gesmeed aluminium legeringen in de traditionele productie (bijv. extrusie, smeden, CNC-bewerking).het gebruik ervan bij de vervaardiging van additieven op basis van poeder (AM), met name Laser Powder Bed Fusion (LPBF), isaanzienlijk uitdagender en minder vaakdan gietlegeringen zoals AlSi10Mg of AlSi7Mg.

Al6061 poeder van "hoge kwaliteit"is ontworpen om deze uitdagingen te overwinnen, met als doel de uitstekende combinatie van sterkte, lasbaarheid en corrosiebestendigheid te repliceren die de smeedvorm zo populair maakt.Een succesvol afdrukken met Al6061 vereist een nauwkeurige controle van de poederkenmerken en geavanceerde afdrukparameters.

De samenstelling is essentieel voor de eigenschappen en voldoet aan normen zoals ASTM B928 of AMS 4417.

• Uitstekende sterkte-gewichtsverhouding:Een kenmerk van de 6xxx serie.
• Goed corrosiebestendigheid:Vooral tegen atmosferische omstandigheden, beter dan veel legeringen van de 2xxx- of 7xxx-serie.
• Hoge taaiheid en ductiliteit:In zijn volledig warmtebehandelde toestand biedt het een goede verlengbaarheid, waardoor het geschikt is voor structurele toepassingen.
• Uitstekende lasbaarheid:In zijn smeedvorm is het zeer lasbaar. Dit vertaalt zich in een goed potentieel voor reparatie of hybride productie met AM.
• De uitdaging van warm kraken:Dit is devoornaamste belemmeringHet verhardingsbereik van Al6061 is breed, waardoor het zeer gevoelig is voor verhardingscracking (hitte scheuren) tijdens de snelle afkoeling van de smeltpool.

Om de kans op een succesvolle afdruk van Al6061 te hebben, is de poederkwaliteit van het allergrootste belang:

• Partikelgrootteverdeling (PSD):Strikt gecontroleerd, meestal15 - 45 μmof20 - 63 μmEen smalle verdeling verbetert de doorlaatbaarheid en de verpakkingsdichtheid.
• Morfologie: Bijna perfecte bolvormigheidSatellietdeeltjes of onregelmatigheden zullen de doorstroming ernstig belemmeren en gebreken veroorzaken.
• Doorlaatbaarheid:Deze moet uitstekend zijn (bijv. Hallflow < 30 s/50 g).
• Laag vocht- en oxidegehalte:Het poeder moet worden geproduceerd, opgeslagen en behandeld onder een inerte atmosfeer (Argon) om oppervlakte-oxiden te minimaliseren, die scheuren en insluitsels kunnen verergeren.
• Chemische zuiverheid:Poeder van hoge kwaliteit heeft een strikte controle op sporenelementen die het warm kraken kunnen verergeren.

Het fundamentele probleem:In tegenstelling tot het bijna-eutectische AlSi10Mg verstijft Al6061 over een breed temperatuurbereik.kwetsbare zachte zone waar vloeibare films tussen dendrieten door thermische spanningen worden gescheurd, waardoor verharding scheuren veroorzaakt die een onderdeel nutteloos maken.

Strategieën voor succesvolle drukwerk:

• Optimalisatie van procesparameters:Met behulp van zeer krachtige lasers en specifieke scanstrategieën om een stabiele smeltpool te creëren en thermische gradiënten te beheren.
• Nanodeeltjeszaaien (een geavanceerde aanpak):De meest succesvolle onderzoeks- en industriële methoden omvatten het dopen van het Al6061-poeder met speciaal ontworpen nanodeeltjes (bijv. Zirconium (Zr), Scandium (Sc) of Titaniumcarbide (TiC)).Deze deeltjes fungeren als nucleatieplaatsen voor fijneDit creëert een nieuwe klasse van materialen die vaak demet een vermogen van niet meer dan 50 W(bijv. variaties als A6061-RAM of Scalmalloy® voor de 7xxx-serie).

Al6061 reageert goed op de standaard T6-warmtebehandeling, die essentieel is voor het bereiken van zijn volledige mechanische potentieel.

• Oplossingswarmtebehandeling:~ 530°C gedurende voldoende tijd om legeringselementen in de matrix op te lossen.
• Verdoofing:Snel afkoelen, meestal in water.
• Kunstmatige veroudering:~ 160°C tot 175°C gedurende 8-18 uur om fijne Mg2Si-deeltjes te laten neerslaan, waardoor de sterkte aanzienlijk toeneemt.

Vanwege de uitdagingen zijn de toepassingen voor LPBF-geproduceerde Al6061 meer niche, maar gericht op componenten die traditioneel gesmeed 6061 gebruiken:

• Aerospace prototypes & gereedschap:Jigs, armaturen en functionele prototypes die moeten overeenkomen met de eigenschappen van de uiteindelijke gesmeed onderdelen.
• Automobilerij:Op maat gemaakte beugels en lichtgewicht structurele onderdelen waarbij de ductiliteit wordt gewaardeerd.
• Hybride productie:b. met een vermogen van meer dan 50 W;

Voordelen (wanneer met succes wordt afgedrukt en behandeld):

• Kennis:Goed begrepen materiaal eigenschappen voor ingenieurs.
• Uitstekende combinatie van eigenschappen:Goede sterkte, hoge buigzaamheid en hoge corrosiebestendigheid.
• Verweldbaarheid:Geschikt voor naverwerking en integratie met andere componenten.

Beperkingen:

• Zeer moeilijk te verwerken met LPBF:De hoge gevoeligheid voor warm kraken maakt het onbetrouwbaar voor complexe geometrieën zonder geavanceerde parametersets of materiaalmodificaties.
• Laagere drukdichtheid:Het is zeer moeilijk om de voor AlSi10Mg typische dichtheid van > 99,5% te bereiken.
• Vereist gespecialiseerde deskundigheid:Het is geen "plug-and-play" materiaal; het vereist aanzienlijke R&D en procesoptimalisatie.
• Kosten:Een hoogwaardig poeder en de noodzaak van uitgebreide ontwikkeling van parameters verhogen de totale kosten.