一種以AlSi10Mg為基底的3D打印薄壁件的熱處理方法及3D打印薄壁件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋁合金熱處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以AlSilOMg為基底的3D打印薄 壁件的熱處理方法及3D打印薄壁件。
【背景技術(shù)】
[0002] AlSi10Mg是一種鑄造鋁合金，具有鑄造性能好、無熱裂傾向、氣密性高、線收縮小、 耐蝕性好的特點(diǎn)，在航空、儀表及一般機(jī)械領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用。3D打印是一種以數(shù)字模 型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬、塑料等可粘性材料，通過逐層打印的方法來構(gòu)造物體的技 術(shù)。3D打印制造技術(shù)具有加工周期短、可以快速成型的特點(diǎn)，同時(shí)在制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁件 方面優(yōu)勢(shì)明顯;該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于飛行員的頭盔顯示器等產(chǎn)品中。
[0003]在3D打印薄壁件的使用過程中，常會(huì)出現(xiàn)在不同溫度下變形大的缺陷，從而薄壁 件產(chǎn)品的可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量受到影響?，F(xiàn)有技術(shù)已出現(xiàn)多種針對(duì)鋁合金薄壁件熱處理方 法，來獲得殘余應(yīng)力小、變形量小的產(chǎn)品。
[0004] CN104233125A公開了一種薄壁鋁合金材料管殼零件切削加工的熱處理工藝，該工 藝采用毛坯進(jìn)行淬火+時(shí)效固溶處理，改善材料的切削性能;采用粗加工后的再結(jié)晶時(shí)效熱 處理消除應(yīng)力;半精加工后再進(jìn)行時(shí)效熱處理，進(jìn)一步消除加工應(yīng)力，保證加工零件內(nèi)部應(yīng) 力完全釋放;車削完工后最后一次穩(wěn)定加工尺寸的低溫?zé)崽幚?。采用上述熱處理工序后，?件的加工變形減小，尺寸穩(wěn)定性得到增強(qiáng)。
[0005]CN104498847A公開了一種薄壁型腔結(jié)構(gòu)鋁合金支架熱處理變形控制方法，該方法 通過加熱保溫、快速冷卻、分段校形和工裝維形相結(jié)合的方法，解決了薄壁型腔結(jié)構(gòu)鋁合金 變形的問題。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，相應(yīng)的熱處理工藝適用于常規(guī)成型的鋁合金薄壁件，并不適應(yīng)于鋁 合金3D打印薄壁件;開發(fā)一種針對(duì)以AlSilOMg為基底的3D打印薄壁件的熱處理方法，使產(chǎn) 品在不同溫度下變形量小，各項(xiàng)指標(biāo)滿足使用要求具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種以AlSilOMg為基底的3D打印薄壁件的熱處理方法，從而 解決上述薄壁件在不同溫度下變形量大的問題。
[0008]本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供由上述熱處理方法得到的3D打印薄壁件。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0010] -種以AlSilOMg為基底的3D打印薄壁件的熱處理方法，包括:將薄壁件進(jìn)行退火 處理，后在高溫為160~190°C、低溫為-50~-60°C的高低溫區(qū)間內(nèi)進(jìn)行高低溫循環(huán)處理，即 得。
[0011]零件在加工過程中會(huì)有較大的應(yīng)力殘留，使合金的應(yīng)力腐蝕傾向顯著增加，組織 和性能穩(wěn)定性下降，所以必須進(jìn)行退火及穩(wěn)定化處理。應(yīng)力消除的程度從工藝上來說主要 取決于溫度和時(shí)間。理論上溫度越高、保溫時(shí)間越長則應(yīng)力消除得越徹底。但在生產(chǎn)中，消 除應(yīng)力的同時(shí)還需要保持零件有較好的力學(xué)性能，而過高的溫度會(huì)降低零件的強(qiáng)度，過長 的時(shí)間則會(huì)降低生產(chǎn)效率，所以溫度的選擇十分重要。
[0012]本發(fā)明所提供的以A1Si1OMg為基底的3D打印薄壁件的熱處理方法，將薄壁件通過 退火處理和高低溫循環(huán)處理，使薄壁件的內(nèi)部組織更加均勻、穩(wěn)定，降低了零件的內(nèi)應(yīng)力， 從而提高了零件尺寸在不同溫度下的穩(wěn)定性，保證了產(chǎn)品品質(zhì)，使零件尺寸在不同溫度條 件下變化最小。
[0013] 所述退火處理的溫度為260~360°C，保溫時(shí)間為1~4h。保溫后，優(yōu)選以空冷方式 冷卻至室溫。
[0014] 高溫的保溫時(shí)間為2~4h，低溫的保溫時(shí)間為2~4h。
[0015] 高溫到低溫的降溫速率為3~10°C/min，低溫到高溫的升溫速率為3~10°C/min。 在上述參數(shù)控制下進(jìn)行的高低溫循環(huán)可以更好的減少3D打印薄壁件的內(nèi)應(yīng)力，使鋁合金組 織的穩(wěn)定性更好，從而更好的保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
[0016]所述高低溫循環(huán)的次數(shù)為5~7次。
[0017] 高低溫循環(huán)處理后空冷至室溫。
[0018] 優(yōu)選的，所述退火處理的溫度為320°C，保溫時(shí)間為3h;在高溫為180°C、低溫為-60 °C的高低溫區(qū)間內(nèi)循環(huán)處理5次。
[0019]本發(fā)明同時(shí)提供由上述熱處理方法得到的3D打印薄壁件。
[0020]本發(fā)明提供的以AlSilOMg為基底的3D打印薄壁件的熱處理方法，熱處理工藝簡單 易行，配合3D打印技術(shù)可方便的獲得質(zhì)量穩(wěn)定的3D打印薄壁件，該產(chǎn)品滿足國軍標(biāo)的各項(xiàng) 指標(biāo)，相關(guān)產(chǎn)品可以滿足在飛機(jī)上的使用要求。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0022] 實(shí)施例1
[0023]本實(shí)施例的以A1Si1OMg為基底的3D打印薄壁件的熱處理方法，包括以下步驟：[0024] 1)將通過3D打印得到的AlSilOMg薄壁件進(jìn)行退火處理，退火的溫度為260°C，保溫 時(shí)間為4h，空冷；
[0025] 2)將薄壁件在高溫為160°C、低溫為_50°C的高低溫區(qū)間內(nèi)進(jìn)行高低溫循環(huán)處理； 首先使薄壁件升溫至160°C，保溫4h，以3°C/min的速率降溫至-50°C，保溫2h，再以3°C/min的速率升溫至160°C，保溫4h，完成一個(gè)循環(huán);持續(xù)進(jìn)行6次循環(huán)，空冷，即得。
[0026]實(shí)施例2
[0027]本實(shí)施例的以A1Si1OMg為基底的3D打印薄壁件的熱處理方法，包括以下步驟：[0028] 1)將通過3D打印得到的AlSilOMg薄壁件進(jìn)行退火處理，退火的溫度為360°C，保溫 時(shí)間為lh，空冷；
[0029] 2)將薄壁件在高溫為160°C、低溫為_50°C的高低溫區(qū)間內(nèi)進(jìn)行高低溫循環(huán)處理； 首先使薄壁件升溫至190°C，保溫2h，以10°C/min的速率降溫至-60°C，保溫2h，再以10°C/ min的速率升溫至190°C，保溫2h，完成一個(gè)循環(huán);持續(xù)進(jìn)行7次循環(huán)，空冷，即得。
[0030] 實(shí)施例3
[0031 ]本實(shí)施例的以A1Si1OMg為基底的3D打印薄壁件的熱處理方法，包括以下步驟： [0032] 1)將通過3D打印得到的AlSilOMg薄壁件進(jìn)行退火處理，退火的溫度為320°C，保溫 時(shí)間為3h，空冷；
[0033] 2)將薄壁件在高溫為180°C、低溫為_60°C的高低溫區(qū)間內(nèi)進(jìn)行高低溫循環(huán)處理； 首先使薄壁件升溫至180°C，保溫2h，以3°C/min的速率降溫至-60°C，保溫3h，再以3°C/min 的速率升溫至180°C，保溫2h，完成一個(gè)循環(huán);持續(xù)進(jìn)行5次循環(huán)，空冷，即得。
[0034] 實(shí)施例4~44
[0035]實(shí)施例4~44的以AlSilOMg為基底的3D打印薄壁件的熱處理方法，各步驟的工藝 參數(shù)列于表1中。
[0036] 表1實(shí)施例4~44的熱處理方法工藝控制參數(shù)


[0040] 試驗(yàn)例
[0041] 本試驗(yàn)例對(duì)各實(shí)施例和對(duì)比例所得的3D打印薄壁件的變形量和抗拉強(qiáng)度進(jìn)行檢 測(cè)，相關(guān)檢測(cè)均在室溫下進(jìn)行，試件每100mm的變形量和抗拉強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果如表1所示。
[0042] 表2各實(shí)施例和對(duì)比例所得3D打印薄壁件的性能檢測(cè)結(jié)果

[0046]由表1的試驗(yàn)結(jié)果可知，本發(fā)明制備的以A1Si1OMg為基底的3D打印薄壁件，每 100mm的變形量低至0.995mm，抗拉強(qiáng)度達(dá)到264MPa，各項(xiàng)指標(biāo)滿足頭盔顯示器的使用要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種以A1Si1OMg為基底的3D打印薄壁件的熱處理方法，其特征在于，包括:將薄壁件 進(jìn)行退火處理，后在高溫為160~190°C、低溫為-50~-60°C的高低溫區(qū)間內(nèi)進(jìn)行高低溫循 環(huán)處理，即得。2. 如權(quán)利要求1所述的3D打印薄壁件的熱處理方法，其特征在于，所述退火處理的溫度 為260~360°C，保溫時(shí)間為1~4h。3. 如權(quán)利要求1所述的3D打印薄壁件的熱處理方法，其特征在于，高低溫循環(huán)處理過程 中，高溫的保溫時(shí)間為2~4h，低溫的保溫時(shí)間為2~4h。4. 如權(quán)利要求1所述的3D打印薄壁件的熱處理方法，其特征在于，高低溫循環(huán)處理過程 中，高溫到低溫的降溫速率為3~10°C/min，低溫到高溫的升溫速率為3~10°C/min。5. 如權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的3D打印薄壁件的熱處理方法，其特征在于，所述高 低溫循環(huán)的次數(shù)為5~7次。6. 如權(quán)利要求1所述的3D打印薄壁件的熱處理方法，其特征在于，高低溫循環(huán)處理后空 冷至室溫。7. 如權(quán)利要求1所述的3D打印薄壁件的熱處理方法，其特征在于，所述退火處理的溫度 為320°C，保溫時(shí)間為3h;在高溫為180°C、低溫為_60°C的高低溫區(qū)間內(nèi)循環(huán)處理5次。8. -種由權(quán)利要求1所述的熱處理方法得到的3D打印薄壁件。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種以AlSi10Mg為基底的3D打印薄壁件的熱處理方法及3D打印薄壁件，屬于鋁合金的熱處理技術(shù)領(lǐng)域。該熱處理方法包括：將薄壁件進(jìn)行退火處理，后在高溫為160～190℃、低溫為-50～-60℃的高低溫區(qū)間內(nèi)進(jìn)行高低溫循環(huán)處理。該方法通過退火處理和高低溫循環(huán)處理使薄壁件的內(nèi)部組織更加均勻、穩(wěn)定，降低了零件的內(nèi)應(yīng)力，從而提高了零件尺寸在不同溫度下的穩(wěn)定性，保證了產(chǎn)品品質(zhì)，使零件尺寸在不同溫度條件下變化最小。由該方法得到的3D打印薄壁件可用作頭盔顯示器等產(chǎn)品。
【IPC分類】C22F1/043
【公開號(hào)】CN105463352
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510887185
【發(fā)明人】孫自南, 董曉, 王戰(zhàn)勝, 吳曉鳴, 張磊
【申請(qǐng)人】中國航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽電光設(shè)備研究所
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年12月4日