Al-Mg(-Sc)-Zr合金の選択的レーザー溶融中の柱状結晶粒から等軸結晶粒への変態

Al-Mg(-Sc)-Zr合金の選択的レーザー溶融中の柱状結晶粒から等軸結晶粒への変態
寄稿者: Gao Yunpeng、Lu Zhongliang

金属選択レーザー溶融(SLM)プロセスは、特に従来の製造では設計の自由度と製造能力が制限されている分野において、金属製造業界を変革する可能性を秘めています。しかし、SLM に使用されている現在の軽金属合金 (アルミニウム合金を含む) の主要な技術的課題の 1 つは、それらのほとんどが特性 (降伏強度や伸びなど) に大きな異方性を持ち、部品設計の自由度が低下することです。

オーストラリアのモナッシュ大学の研究チームは、選択的レーザー溶融法で形成されたAl-Mg-Zr合金に1.08重量%のScを添加することで、粗い柱状粒子を大幅に微細化した柱状粒子に修正できることを発見しました(図1および図2を参照)。

図1 Al-Mg-Zr合金成形試験片のEBSD試験像。 (a) E = 77.1 J/mm3、予熱温度は 35°C。(b) E = 154.2 J/mm3、予熱温度は 35°C。(c) E = 77.1 J/mm3、予熱温度は 200°C。(d) E = 154.2 J/mm3、予熱温度は 200°C。

図2 Al-Mg-Sc-Zr合金成形試験片のEBSD試験画像:(a)E = 77.1 J/mm3、予熱温度は35°C、(b)E = 154.2 J/mm3、予熱温度は35°C、(c)E = 77.1 J/mm3、予熱温度は200°C、(d)E = 154.2 J/mm3、予熱温度は200°C。 比較のために、E = 154.2 J/mm3、予熱温度200°CのAl-Mg-Zr合金のEBSDマップを同じスケールで(e)に示します。
彼らは同じ処理パラメータを使用して、選択的レーザー溶融法によって Sc 添加ありと Sc 添加なしの Al-Mg-Zr 合金を製造しました。 Sc を含まない合金は、明らかなエピタキシャル粒成長と粒界亀裂を伴う大きな柱状粒子を示しますが、1.08 wt% Sc を含む合金は亀裂がなく、溶融池境界で著しく微細化されたサブミクロン等軸粒子を示します。これは、核形成粒子として有効な Al3Sc が多数存在し、超微粒子の形成を促進するためです。



図3 図2の四角でマークされた領域におけるAl-Mg-Sc-Zr合金サンプルのEBSD試験画像。 (a) E = 77.1 J/mm3、予熱温度は 35°C、(b) E = 154.2 J/mm3、プラットフォーム温度は 35°C、(c) E = 77.1 J/mm3、予熱温度は 200°C、(d) E = 154.2 J/mm3、プラットフォーム温度は 200°C。同時に、等軸粒子の体積分率とサイズは、加えられた体積エネルギー密度と予熱温度に非常に敏感であることも発見しました。印加エネルギー密度と予熱温度をそれぞれ 154.2 J/mm3 と 200°C に上げると、Sc を添加した合金はほぼ完全に等軸の粒構造を得ることができます (図 3 を参照)。これは、Sc の添加により温度勾配が減少し、再溶融領域の容積が増加し、効果的な結晶粒微細化が達成されるためと考えられます。

参考文献:
Yang KV、Shi Y、Palm F、他「選択的レーザー溶融法で作製したAl-Mg(-Sc)-Zr合金の柱状から等軸遷移[J]」。Scripta Materialia、2018、145:113-117。https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2017.10.021

寄稿者: 高雲鵬 陸中良 寄稿者: 国家機械製造システム工学重点研究室

選択、レーザー溶融、SLM、軽金属

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