引言

作为改变材料组织和性能的加工技术，热处理被广泛用于强化金属材料。本研究考察了不同冷却速率和热处理时间对选区激光熔化(SLM)制备的AlSi10Mg合金力学性能和微观组织的影响。采用525℃固溶热处理工艺，热处理时间包含1h、2h和3h，冷却方式包含制冷剂冷却(RC)、水冷(WC)、空冷(AC)、油冷(OC)和炉冷(FC)。随着冷却速率降低和热处理时间延长，形成的Si相颗粒尺寸由小到大变化，分布由不均匀向均匀偏离，析出颗粒数量呈现先增加后减少趋势。通过准静态拉伸和压缩试验研究了冷却速率和热处理时间对合金力学性能的影响。结果表明，热处理试样抗拉强度降低而塑性提高，维氏硬度随冷却速率降低和热处理时间延长而下降。材料冷却速率和热处理时间对其拉伸性能的影响大于压缩性能。525℃-2h-AC工艺处理的试样表现出最优的拉伸和压缩性能。最后通过透射电镜分析了不同尺寸Si相颗粒对合金强化机制的影响。

本文创新性：通过系统研究不同冷却速率（制冷剂冷却至炉冷）和热处理时间（1-3小时）对SLM成形AlSi10Mg合金的影响，结合TEM分析揭示了Si相颗粒尺寸分布与奥罗万强化机制的关联，首次明确了空冷处理在优化强度-塑性匹配中的关键作用。

图文导读

图1 (a) AlSi10Mg粉末SEM形貌；(b) 粉末粒径分布；(c) 实体块试样尺寸；(d) 拉伸试样尺寸示意图

图2 (a)不同冷却方式处理试样的XRD图谱；(b)不同热处理时间试样的XRD图谱

图3 (a)原始试样微观组织；(b-f)525℃-2h不同冷却方式处理试样的Si相形貌；(d,g,h)不同热处理时间试样的Si相演变

图4 (a)原始试样；(b)525℃-2h-RC；(c)525℃-2h-AC；(d)525℃-2h-FC试样的EDS元素分布图

图5 (a-d)不同处理状态试样的EBSD反极图；(e-h)对应的KAM图

图6 (a)不同冷却方式试样的拉伸应力-应变曲线；(b)不同热处理时间试样的拉伸性能；(c)维氏硬度变化

图7 (a-f)不同冷却方式试样的拉伸断口SEM形貌；(g,h)不同热处理时间试样的断口特征

图8 (a)不同冷却方式试样的压缩载荷-位移曲线；(b)不同热处理时间试样的压缩性能；(c)峰值压缩力；(d)比吸能值

图9 (a-c)不同冷却方式试样的TEM明场像；(d-f)对应的选区电子衍射花样

图10 (a)RC试样；(b)AC试样；(c)FC试样的STEM-EDS分析

图11 FC试样中Mg2Si相的选区电子衍射分析

图12 (a)Al基体TEM明场像；(b)[001]晶带轴电子衍射；(c)HR-TEM晶格像；(d)元素分布图

图13 SLM成形AlSi10Mg合金热处理过程四阶段演变示意图：(I)原始态；(II)固溶处理；(III)冷却过程；(IV)最终组织

结论

（1）不同冷却速率和热处理时间会影响硅相的析出数量、尺寸和分布特征。随着冷却速率降低和热处理时间延长，析出相数量先增加后减少，平均尺寸逐渐增大，分布趋向均匀化。

（2）热处理使试样屈服强度和抗拉强度显著降低。采用2h空冷处理能在保证强度降幅最小（屈服强度-55.88%，抗拉强度-44.20%）的同时获得最大塑性提升（+252.05%）。冷却速率对屈服强度的影响程度大于抗拉强度。

（3）试样硬度随冷却速率降低和热处理时间延长呈单调下降趋势。拉伸断口韧窝尺寸呈现"小→大→小"变化规律，空冷处理试样呈现典型韧性断裂特征。

（4）相比拉伸性能，冷却速率和热处理时间对压缩性能影响较小。2h空冷试样表现出最高比吸能值4.38 kJ/kg。

（5）透射电镜分析表明，适当空冷处理可析出纳米级Si相和Mg2Si硬质相，通过奥罗万强化机制提升强度，同时保持良好韧性。

文献链接

Xu Zhang, Shengsheng Chen, Zhaoyi Wang, Dongming Li, Xiangcheng Cui, Jianxin Xu,Effect of cooling rates and heat treatment time on Si phase of AlSi10Mg alloy manufactured by selective laser melting: Microstructure evolution and strengthening mechanism,Journal of Alloys and Compounds,Volume 1007,2024,176494,ISSN 0925-8388.

说明：

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