3D打印铝合金无裂纹

在最近发表在《杂志》上的文章中添加剂制造，研究人员讨论了用于添加剂制造的无裂纹铝合金的计算设计。

学习：用于添加剂制造的无裂纹铝合金的计算设计。图片来源：sspopov/shutterstock.com

背景

由于它们的特异性高和低密度，铝合金在激光添加剂制造中变得越来越流行。但是，激光粉末融合（LPBF）过程限制了它们的应用。热开裂的发生是生产铝时LPBF的严重挑战。

结果，越来越多地产生具有优异机械品质的无裂纹添加剂产生的铝合金。随着越来越多的工具可以改善方法，计算合金设计正在越来越受欢迎。

数值方法（例如Calphad方法）已被有效地用于预测降水，微结构和相，并且它们倾向于大大扩展合金设计空间。当基于物理的预测无法实现时，统计学习方法可用于根据文献中可访问的数据预测属性。然后将这些预测模型馈入优化算法，从而减少所需的计算数量，并导致创建新型合金组成。

关于研究

在这项研究中，作者提出了一种基于脆性温度范围降低的设计技术，以减少热开裂，并针对相位分数和实心溶液加强进行其他优化标准，以维持机械强度和延展性。

为了快速有效地识别理想成分，优化函数包括在汇总的遗传算法中。LPBF加工后，建立了这种新型合金的机械特性。

该团队使用元催化算法，例如单核或多目标遗传算法来用于铝合金的添加剂制造。最终目标是开发具有出色机械性能的新铝合金，并在LPBF工艺中同时防止热开裂。

提出的设计指南通过对标准合金（例如6061，ALSI10MG和7075）进行测试来验证。合金是由合金创建的，气雾化并进行了LPBF测试。

研究人员使用TC-Python应用程序编程界面（API）进行了计算，并且下部固体分数限制之间的温度差异只是从模型输出中得出。在典型衰老治疗的恒定温度特征下，面部中心的总比例（F_FCC）估计平衡。Thermo-CALC和TC-PYTHON API用于计算单点平衡。此外，还采用了汇总的多目标遗传算法。

观察

提出的新型组合物具有与6xxx和7xxx系列相似的实心溶液沉淀和增强特性，但成本低于ALSI10mg。一旦确定了过程设置，粉末就证明了它适合LPBF工艺，没有裂缝和少量的孔隙率。依赖的设计标准在解决热破裂问题方面既有效又有效。合金由具有金属间相的主要FCC-Al相组成₉Feni和Mg₂si。

这些阶段形成的顺序各不相同，取决​​于冷却速度。这些相是由粉末中的跨跨种族隔离形成的，尽管这些相在LPBF过程中同时形成。合金具有升高的强度，与传统方法中生产的7075级相当，但延展性较低。这种观察到的脆性行为与孔隙率的存在和次级相关的存在有关，这导致了低接缝的凝聚力。

拟议的算法产生了一个新等级，其组成占Al-Mg的6.7％，SI的3％，Ni的1.4％，Zn的1％和Fe的0.3％。

结论

总之，这项研究阐明了新型铝合金的新设计标准的发展，以降低热开裂的风险并提高相应的机械品质。Scheil模型用于计算脆性温度范围，然后将其最小化以降低热开裂的敏感性。

为了利用固定溶液效应，增加了溶质成分的含量。为了防止不受控制的脆性产生，包括一些关于降水部分的标准。为了找到最佳组成，将这些目标函数合并为汇总的遗传算法。

该算法确定了一种有希望的合金，其脆温范围仅为9°C和90％的FCC相组成，其中一些AL₉Feni和Mg₂SI沉淀。作者强调，要改善机械性能，算法的未来迭代应检查其他特征，例如固化后产生的金属间学的性质以及在退火或老化处理过程中沉淀或溶解这些相的能力。他们还认为，这些额外的目标功能将提高所选合金的相关性，同时增加多目标算法的复杂性。

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来源

Dreano，A.，Favre，J.，Desrayaud，C。等。用于添加剂制造的无裂纹铝合金的计算设计。增材制造102876（2022）。https://www.欧洲杯线上买球sciendirect.com/science/article/abs/pii/s2214860422002755

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