Порошок из алюминиевого сплава Al6061 высокого качества для аддитивного производства

Al6061 — один из наиболее универсальных и широко используемых деформируемых алюминиевых сплавов в традиционном производстве (например, экструзия, ковка, обработка на станках с ЧПУ). Однако его использование в порошковом аддитивном производстве (АП), особенно в лазерной плавке порошка (LPBF), ограничено.значительно более сложным и менее распространеннымчем литейные сплавы, такие как AlSi10Mg или AlSi7Mg.

«Высококачественный» порошок Ал6061разработан для решения этих проблем с целью воспроизвести превосходное сочетание прочности, свариваемости и коррозионной стойкости, которое делает кованую форму такой популярной. Успешная печать с использованием Al6061 требует точного контроля характеристик порошка и расширенных параметров печати.

Состав является ключевым для его свойств и соответствует таким стандартам, как ASTM B928 или AMS 4417.

• Отличное соотношение прочности и веса:Визитная карточка серии 6xxx.
• Хорошая коррозионная стойкость:Особенно устойчив к атмосферным условиям, лучше, чем многие сплавы серий 2xxx или 7xxx.
• Высокая прочность и пластичность:В полностью термообработанном состоянии он обеспечивает хорошее удлинение, что делает его пригодным для применения в конструкциях.
• Отличная свариваемость:В кованом виде он хорошо сваривается. Это означает хороший потенциал для ремонта или гибридного производства с использованием AM.
• Проблема горячего растрескивания:Этоосновное препятствиев ЛПБФ. Диапазон затвердевания Al6061 широк, что делает его очень восприимчивым к растрескиванию при затвердевании (горячему разрыву) во время быстрого охлаждения ванны расплава.

Чтобы Al6061 имел хоть какой-то шанс на успешную печать, качество порошка имеет первостепенное значение:

• Распределение частиц по размерам (PSD):Жесткий контроль, как правило,15–45 мкмили20–63 мкм. Узкое распределение улучшает сыпучесть и плотность упаковки.
• Морфология: Почти идеальная сферичностьне подлежит обсуждению. Любые частицы-сателлиты или неровности будут серьезно препятствовать потоку и вызывать дефекты.
• Текучесть:Должно быть отличным (например, расход Холла < 30 с/50 г). Плохая текучесть приведет к образованию неровных слоев и высокой пористости.
• Низкое содержание влаги и оксидов:Это очень важно. Порошок необходимо производить, хранить и обращаться с ним в инертной атмосфере (аргон), чтобы свести к минимуму количество поверхностных оксидов, которые могут усугубить растрескивание и создать включения.
• Химическая чистота:Высококачественный порошок будет иметь жесткий контроль над микроэлементами, которые могут усугубить горячее растрескивание.

Фундаментальная проблема:В отличие от почти эвтектического AlSi10Mg, Al6061 затвердевает в широком диапазоне температур. Это приводит к образованию длинной уязвимой мягкой зоны, в которой пленки жидкости между дендритами разрываются термическими напряжениями, вызывая трещины затвердевания, которые делают деталь бесполезной.

Стратегии успешной печати:

• Оптимизация параметров процесса:Использование очень мощных лазеров и специальных стратегий сканирования для создания стабильной ванны расплава и управления температурными градиентами.
• Посев наночастиц (продвинутый подход):Наиболее успешные исследовательские и промышленные методы включают легирование порошка Al6061 специально разработанными наночастицами (например, цирконием (Zr), скандием (Sc) или карбидом титана (TiC)). Эти частицы действуют как центры зарождения мелких равноосных зерен, эффективно «латая» уязвимые границы зерен и предотвращая распространение трещин. Это создает новый класс материалов, часто называемый«бестрещинистые» сплавы серии 6ххх(например, такие варианты, как A6061-RAM или Scalmalloy® для серии 7xxx).

Al6061 хорошо поддается стандартной термообработке Т6, которая необходима для достижения полного механического потенциала.

• Термическая обработка раствора:~530°C в течение времени, достаточного для растворения легирующих элементов в матрице.
• Закалка:Быстрое охлаждение, обычно в воде.
• Искусственное старение:~160–175°C в течение 8–18 часов для осаждения мелких частиц Mg₂Si, что значительно увеличивает прочность.

Из-за проблем применение Al6061, производимого из LPBF, является более нишевым, но ориентировано на компоненты, в которых традиционно используется деформируемый 6061:

• Аэрокосмические прототипы и инструменты:Шаблоны, приспособления и функциональные прототипы, которые должны соответствовать свойствам готовых деталей.
• Автомобильная промышленность:Нестандартные кронштейны и легкие конструктивные элементы, для которых важна пластичность.
• Гибридное производство:Используется в процессах направленного энергетического осаждения (DED) для ремонта или добавления функций к существующим компонентам 6061.

Преимущества (при успешной печати и обработке):

• Знакомство:Хорошо понятные свойства материалов для инженеров.
• Отличное сочетание свойств:Хорошая прочность, высокая пластичность и отличная коррозионная стойкость.
• Свариваемость:Подходит для постобработки и интеграции с другими компонентами.

Ограничения:

• Чрезвычайно сложно обрабатывать с помощью LPBF:Высокая склонность к горячему растрескиванию делает его ненадежным для сложных геометрических форм без расширенных наборов параметров или модификаций материала.
• Более низкая плотность печати:Очень сложно достичь плотности >99,5%, типичной для AlSi10Mg.
• Требуются специальные знания:Не материал «подключи и работай»; требует значительных исследований и разработок и оптимизации процессов.
• Расходы:Высококачественный порошок и необходимость тщательной разработки параметров увеличивают общую стоимость.