實現增材零件無缺陷！Quintus 制定用于F357鋁合金3D打印部件的新型熱處理工藝

F357 等鋁合金材料因其低收縮率和窄凝固溫度范圍常被應用于增材制造結構件的制作上。這些材料可以作為一種可行的低價鈦材替代品使用，尤其是在較大尺寸的零件上。然而，F357 的粉末床熔融 3D 打印可能會帶來一些挑戰(zhàn)，例如溶解氣體（氫氣或氬氣）的存在會導致制件起泡和表面質量差。

2023年4月9日，南極熊獲悉，在一項新研究中，來自Quintus Technologies、SLM Solutions和亞利桑那大學的研究人員發(fā)現，使用新型均勻快速淬火 (URQ)-熱等靜壓（HIP） 技術可以使 F357 零件中觀察不到任何缺陷，制件的極限強度和屈服強度均超過 MMPDS 鑄件零件，且?guī)缀巫冃瘟扛�小�?/div>

完整的研究報告白皮書可在此處獲�。�https://quintustechnologies.com/knowledge-center/whitepaper-uniform-rapid-quench-of-additively-manufactured-aluminum-alloys/

在許多工業(yè)制造過程中，都會采用熱等靜壓 (HIP)技術來降低金屬零件的孔隙率。該工藝通過對熔爐中的裝有密實粉末的包套、鑄造或燒結部件施加高壓 (100-200 MPa) 和 900-1250°C 的溫度條件，來實現致密化，鋼和高溫合金是兩種典型的材料。氣壓在所有方向上均勻作用爐內部件，以提供各向同性特性和 100% 致密化。

△F357 標準 320 毫米垂直測試桿構建

F357 HIP 工藝通常在500°C 以上的溫度和 75-150 MPa 的氬氣氣壓下進行。除了具有增加鋁合金密度的好處外，還有降低孔隙率和整體增加疲勞、韌性和延展性的作用。在 HIP 工藝之后應用由固溶熱處理和人工時效組成的標準 T6 回火熱處理，以實現所需的機械性能，但是當在大氣壓下進行單獨的 540°C 固溶熱處理時，存在以下風險：在 HIP 循環(huán)中關閉的孔隙會在 T6 期間打開并變大。

由于鋁晶格中氫或氬的低擴散率以及高溫下合金變形的阻力較低，HIP后孔隙中殘留的高壓可能是由于T6回火導致的孔隙擴大。為避免起泡或 TIP，專門從事高壓加工設備設計的公司 Quintus Technologies 開發(fā)了一種替代方法，可以替代標準 HIP 循環(huán)和固溶熱處理這兩個獨立工藝。新型均勻快速淬火 (URQ) HIP 爐允許通過組合固溶熱處理和 HIP 工藝進行 HPHT（高壓熱處理）。有了URQ系統(tǒng)，結合進行HIP和T6溶液熱處理，可以在隨后的時效過程中形成適當的沉淀硬化相，同時減少任何孔隙重開的機會。

亞利桑那大學、SLM Solutions 和 Quintus Technologies 開展了一項案例研究，以評估 HPHT 在 HIP-URQ 爐中對激光粉末床熔融（PBF-LB）高強度鋁合金 F357 的應用效果。該研究評估了這種新型 HIP 方法后處理部件的密度、微觀結構、機械性能和變形。實驗設計材料由 SLM Solutions 使用氣霧化 F357 粉末的 SLM 280 PBF-LB 3D 打印機打印。

△一個具有URQ功能的現代Quintus HIP QIH48熱處理爐

結果表明，一種穩(wěn)健的后處理方法可提供出色的拉伸性能，同時避免熱引起的孔隙率和變形。該研究表明，使用 Quintus URQ 工藝后處理 F357 鋁是制造高質量增材制造鋁部件的一種很有前途的方法。HPHT 工藝提供的優(yōu)勢包括：

• 提供了與標準 HIP+T6 材料相當的抗拉強度和延展性；
• 降低組件的幾何變形，即使是復雜的幾何形狀；
• 避免起泡并縮短整個過程的周期時間。
  

此外，研究人員正在進行其他工作以評估 URQ F357 的疲勞特性，并進一步探索優(yōu)化這些組件的強度、延展性和可制造性的平衡。