采用激光選區(qū)熔化技術(shù)成形了Cu-11.85Al-3.2Mn-0.1Ti（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）合金。采用排水法對成形塊體試樣進(jìn)行了致密度測試,優(yōu)化了工藝參數(shù),對試樣進(jìn)行了物相分析和微觀組織分析,利用優(yōu)化的工藝參數(shù)成形了拉伸試樣和變形測試試樣,測試在不同溫度下拉伸試樣的力學(xué)性能,通過DSC曲線分析了試樣的相變溫度及變形試樣的記憶性能。結(jié)果表明,當(dāng)激光功率為270W,掃描速度為500 mm/s,層厚為0.025 mm,掃描間距為0.1 mm時,試樣具有接近100%的致密度;試樣的物相中主要為馬氏體相和Cu2Al Mn相,微觀組織中觀察到了馬氏體組織,并且多為層錯結(jié)構(gòu);拉伸試樣在200℃時具有最大抗拉強度825.6 MPa,延伸率為20.3%且延伸率隨著溫度的升高而增大;試樣的馬氏體相變開始溫度約為260℃,結(jié)束溫度約為249℃,奧氏體轉(zhuǎn)變溫度高于400℃,形變回復(fù)率在57%以上。 

【文章來源】：機械工程學(xué)報. 2020,56(15)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

SLM成形Cu11.85Al3.2Mn0.1Ti試樣拉伸應(yīng)力-應(yīng)變圖

月2020年8月黨明珠等：激光選區(qū)成形Cu-Al-Mn-Ti記憶合金的工藝及性能研究111憶性能，還使得合金具有較好的延性[8-9]。但Cu-Al-Mn合金還存在晶粒粗大、冷加工性能差等問題，常常通過添加第四種元素來改善材料性能。如加入Ti、Cr、Co元素Ti可以細(xì)化晶粒，提高馬氏體轉(zhuǎn)變溫度和形狀記憶性能，但會降低材料的冷加工性能，加入Fe、Ni、Zn元素也可以提高合金的形狀記憶性能[10]。激光選區(qū)熔化技術(shù)(Selectivelasermelting,SLM)是一種最具潛力的增材制造(Additivemanufacturing，AM)技術(shù)，通過逐層累積的方式將粉末材料逐層按零件形狀進(jìn)行激光熔化凝固成形。激光選區(qū)熔化技術(shù)具有成形零件性能優(yōu)良，可成形復(fù)雜形狀零件，制造周期短，產(chǎn)品多樣定制化等，已廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療等領(lǐng)域，用于制造輕量化構(gòu)件、個性植入體等[11]。目前SLM技術(shù)已廣泛用于鈦合金、不銹鋼、Co-Cr合金[12-13]等的成形，而由于Cu、Al等元素對激光的吸收率較低，SLM成形上述金屬的報道較少，TIAN等[14]研究了SLM成形Cu-13.5Al-4Ni-0.5Ti合金的成形工藝和力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)試樣在107J/mm3時具有最佳的拉伸性能，室溫下拉伸強度為(541±26)MPa，延伸率為7.63％±0.39％，高于鑄造的樣品，將溫度升高至200℃時，拉伸強度和延伸率都得到提升。GUSTMANN等[15-16]采用SLM技術(shù)成形了Cu-11.85Al-3.2Ni-3Mn和Cu-11.85Al-3.2Ni-3Mn-0.5Zr合金，研究中獲得了高致密的樣品，Zr元素的加入提高了合金的相轉(zhuǎn)變溫度，發(fā)現(xiàn)調(diào)整工藝參數(shù)可以控制合金的機械性能和相相轉(zhuǎn)變溫度，這表明SLM對于成形高致密度、高質(zhì)量的Cu基形狀記憶合

機械工程學(xué)報第56卷第15期期114射掃描電子顯微鏡下觀察分別如圖7～9所示。由圖中可以看出晶粒的平均尺寸在40μm左右，晶粒內(nèi)部多為層狀馬氏體組織，這與XRD檢測結(jié)果一致。形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)的實現(xiàn)需要具備除熱彈性馬氏體轉(zhuǎn)變外，馬氏體的結(jié)構(gòu)應(yīng)是孿晶或?qū)渝e[20]，由圖7中可以明顯看出馬氏體組織為層狀，排列有序，呈現(xiàn)出良好的自協(xié)調(diào)性，有利于合金試樣成形后表現(xiàn)出良好的變形性能。圖7SLM成形Cu11.85Al3.2Mn0.1Ti試樣X射線衍射圖圖8SLM成形Cu11.85Al3.2Mn0.1Ti試樣的光鏡圖圖9SLM成形Cu11.85Al3.2Mn0.1Ti試樣的電鏡圖2.4力學(xué)性能分析SLM成形Cu11.85Al3.2Mn0.1Ti試樣的常溫拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖10a所示，試樣的最大抗拉強度為786.8MPa，斷裂延伸率為16.2%，試樣拉伸曲線顯示出試樣為脆性斷裂，從圖11a、圖11b的斷口形貌可以看出，試樣斷裂過程中形成了解理臺階和河流狀花樣，斷裂后的斷口也未形成縮頸。為進(jìn)一步研究試樣的高溫力學(xué)性能，將試樣在200℃和300℃下也進(jìn)行了拉伸測試，結(jié)果分別如圖10b、圖10c所示。其中溫度升高至200℃時，最大抗拉強度為825.6MPa，斷裂延伸率為20.3%，與常溫相比均有所提高，但斷裂方式仍為脆性斷裂，斷裂面(圖11c、圖11d)呈現(xiàn)解理臺階和河流狀花樣。而當(dāng)溫度升高至300℃時，拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)了屈服階段，有塑性變形產(chǎn)生，斷面中除了解理面外，還有韌窩(圖11e、圖11f)，因而試樣的最大抗拉強度降低至595.3MPa，斷裂延伸率提高至42.16%。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高性能Cu基形狀記憶合金組織設(shè)計研究進(jìn)展[J]. 黃海友,王偉麗,劉記立,謝建新.  中國材料進(jìn)展. 2016(11)

博士論文
[1]激光選區(qū)熔化成形模具鋼材料的組織與性能演變基礎(chǔ)研究[D]. 趙曉.華中科技大學(xué) 2016
[2]金屬粉末選擇性激光熔化成形的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題研究[D]. 李瑞迪.華中科技大學(xué) 2010



本文編號：3115790