中南大学考研(中南大学考研分数线)

中南大学考研，中南大学考研分数线

铝钪合金具有高比强、焊接性能好、塑性成型性能优良等特点，是新一代航天航空用轻质结构材料。激光选区熔化（SLM）是增材制造的主要成形方式之一, 具有高效率、低损耗、复杂快速成型等优点，尤其适用于制造复杂精细结构件。选择激光熔化过程中的工艺参数，对合金成形质量和使用性能影响显著。

中南大学徐国富教授团队研究了含钪铝合金粉末在不同激光选区熔化工艺参数下组织和性能演变，为拓宽铝钪合金应用范围具有重要意义。本期谷.专栏将分享该论文的亮点与主要研究结果。

▲论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1003632622661120

文章亮点

研究团队选用新型的Al-4.77Mn-1.37Mg-0.67Sc-0.25Zr (wt.%) 合金粉末作为研究对象，研究其在不同能量密度下SLM成型后合金的缺陷、表面粗糙、显微组织和力学性能变化规律，阐明激光选区熔化的Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金主要强化机制。

图文解析

图1为Al-4.77Mn-1.37Mg-0.67Sc-0.25Zr (wt.%) 合金粉末的SEM二次电子像和粒径分布。由图可知，合金粉末大多呈球形，少量呈长椭球形，在大粒子表面吸附着小颗粒，粉末粒径为4- 40 μm,其中50%粒子直径为27.5 μm,粒子尺寸分布均匀。

图1 Al-4.77Mn-1.37Mg-0.67Sc-0.25Zr (wt.%) 合金粉末形貌及粒径(a) SEM 二次电子像, (b) 粉末粒径分布

不同SLM工艺参数下的屈服强度、抗拉强度和延伸率见表1。从表可知，样品13 (171 J/mm3)的屈服强度、抗拉强度和延伸率最低。其余6个样品的屈服强度和抗拉强度值比较接近，屈服强度在331~339 MPa之间，抗拉强度在390~400 MPa之间。这一结果表明SLM铝合金在能量密度为104~143 J/mm3时性能稳定，波动很小。但高扫描速度(1100 mm/s)下的屈服强度值略高于低扫描速度下（800、900 mm/s）的强度值。高能量密度试样的延伸率低于低能量密度试样的延伸率。当能量密度大于152 J/mm3时，延伸率随能量密度的增加而急剧下降。

表1 能量密度对SLM合金力学性能影响

图2为典型能量密度下SLM铝合金的EBSD显微组织和微观织构。三个样品均有明显的熔池结构，由等轴晶和柱状晶组成。等轴晶位于熔池底部，为细晶区，柱状晶位于熔池中心区域 (图2(e))，沿沉积方向生长。随着能量密度的增大，柱状晶数量明显减少。且等轴晶区的晶粒取向随机，而柱状晶区具有明显的择优取向。这是因为在SLM的制造过程中，整个熔池存在较大的热梯度。当激光熔化金属粉末时，大量小晶粒在熔池边缘成核，(100)方向的晶粒优先向熔池中心生长，形成柱状晶粒，熔池边缘的其他晶粒仍以等轴晶粒形式存在。

图2 不同能量密度下SLM合金EBSD显微组织和极图 (a)104 J.mm−3，(b)135 J.mm−3，(c)171J.mm−3，(d)样品(a)熔池底部，(e)样品(b)熔池底部。

结合显微组织表征结果结合计算，各强化机制的贡献见表2所示。固溶强化和晶界强化对屈服强度的贡献约为275 MPa (约占85%)。因此，SLM铝合金的强化机制主要是固溶强化和晶界强化。

表2各强化机制的贡献值

研究结论

在104~143 J/mm3的能量密度下，选择激光熔化Al-4.77Mn-1.37Mg-0.67Sc-0.25Zr (wt.%)合金性能稳定，屈服强度为335~338 MPa，抗拉强度为397~400 MPa，延伸率均在11%以上。定量计算结果表明，SLM铝合金的主要强化机制为固溶强化和晶界强化，分别占总屈服强度的44%和41%。

LAI Yi, DENG Ying, ZHU Xin-wen, GUO Yi-fan, XU Guo-fu, HUANG Ji-wu, YIN Zhi-min. Tensile property and microstructure of Al-4.77Mn-1.37Mg-0.67Sc-0.25Zr alloy under different selective laser melting processing parameters [J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2023,33(02):357-370.

研究团队

徐国富，中南大学二级教授，博士生导师，现任材料科学与工程学院副院长。

先后承担了《物理冶金基础》、《材料结构分析》等本科生和研究生课程的实践教学指导。近年来，获授权发明专利6项，先后主持国家支撑计划、装备预研重点基金和军品配套、横向合作项目10余项，发表学术论文100余篇，其中包括国外学术刊物：Corrosion Science、J. Alloys and Comp、Mater. Sci. Eng. A、Material Charact.等，获省部级科研成果奖二项。

黄继武，中南大学三级教授，博士生导师，现任材料科学与工程学院实验室主任。

承担X射线衍射的教学与科研实验，出版《多晶材料X射线衍射实验原理方法与应用》、《材料科学与工程实验教程》、《金属材料科学与工程实验教程》等多部教材，发表学术论文70余篇。

邓英，中南大学副教授，硕士生导师，入选第一届中国科协青年托举人才计划，现任材料科学与工程学院院务委员会委员。

主持国家自然科学基金、湖南省自然科学基金、长沙市自然科学基金、中国博士后面上项目等10余项，发表学术论文50余篇，出版专著一部，申请发明专利2项，获省部级奖3项。现任教育部学位中心硕士研究生论文评审专家；广东省基础与应用基础研究基金项目评审专家；长沙市科技项目评审（评估）入库专家；长沙市战略金属新材料产业高级职称专场评审评委；中国技术经济学会材料与数字制造专业委员会委员；湖南省精密仪器测试学会第八届X射线-衍射专业委员会委员。

唐磊，中南大学材料科学与工程学院特聘副教授，硕士生导师。

主要从事航空航天用高强韧铝合金、高强钢以及多主元合金的成分、加工工艺及强化机理探索等研究工作。近五年发表学术论文共22篇，其中以第一作者发表JCR1区论文8篇。

彭小燕，中南大学材料物理与化学博士，讲师。

2011年开始进行新材料领域的科学研究，主要研究方向为高性能铝合金的热加工、热处理及微观结构表征，具有较扎实的理论基础和实践经验，目前共发表学术论文23篇，其中以第一作者或通讯作者发表论文20篇（SCI论文15篇中JCR I区8篇）。

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