封面文章 | 天津大学杨新岐教授团队：基于摩擦挤压增材制造的Al–Mg–Si合金平直状界面组织非均质性和结合强度

IJMMM2022  Volume 29  Issue 9

封面展示了固相摩擦挤压增材制造技术的工艺原理和在航天制造领域的潜在应用。摩擦挤压增材制造技术利用摩擦堆焊原理使得消耗棒料在工具轴肩的摩擦挤压及剪切变形作用下实现金属材料的沉积过程，在打印状态下就可获得完全致密无内部缺陷且呈细小等轴状的增材组织。摩擦挤压增材制造工艺具有固相属性、高沉积速率以及可实现增材路径自由设计等显著优点，为制备大尺寸高性能铝镁合金增材构件提供了新途径，有望解决航空航天应用领域所面临的大尺寸、高性能复杂轻合金承力构件一体化高效制造的难题。

文章信息

基于摩擦挤压增材制造的Al–Mg–Si合金平直状界面组织非均质性和结合强度 (点击阅读原文)

唐文珅, 杨新岐, 田超博, 徐永生

引用本文：

Wenshen Tang, Xinqi Yang, Chaobo Tian, and Yongsheng Xu, Microstructural heterogeneity and bonding strength of planar interface formed in additive manufacturing of Al–Mg–Si alloy based on friction and extrusion, Int. J. Miner. Metall. Mater., 29(2022), No. 9, pp. 1755-1769. 
https://doi.org/10.1007/s12613-022-2506-4封面文章文章亮点

01

发现了无特征轴肩辅助摩擦挤压增材制造平直状界面弱连接缺陷并阐明成因。

02

系统地研究了6061铝合金摩擦挤压增材制造界面晶粒结构和沉淀相演变规律。

03

探索了改善6061铝合金增材试样力学性能的后热处理工艺可行性。

文章导读

基于摩擦的固相增材制造技术能够有效解决熔化增材制造工艺过程中不可避免地会出现孔洞、未熔合及裂纹等必须通过增材组分调控、焊后热处理、热等静压及机械轧制等手段无法完全消除的各种冶金缺陷，因而可获得性能优异的增材构件，近年来受到国内外研究者的普遍关注。

实现增材路径自由设计的摩擦增材制造是近年来开发的一种创新金属近净成形制造技术，在固相增材工艺原理和成形机制方面取得了突破性进展。这类增材制造工艺过程更为柔性机动，增材原料简单易取，生产成本明显降低，增材效率显著提升，增材构件尺寸可达到米数量级且具有优异的力学性能及塑韧性，为高性能大尺寸铝、镁等轻合金复杂承力构件的一体化制造、高端装备受损零件的修复再制造以及高附加值金属的高效回收利用开辟了新途径。

本文首先采用天津大学自主研制的能够实现主动送料的压力控制型固相摩擦增材制造设备和无特征工具轴肩，针对6061铝合金进行摩擦挤压增材制造工艺试验，成功制备出单层沉积厚度约为4 mm 的单道双层增材试样，然后对增材试样的界面成形特征、沉积态和热处理态组织结构（晶粒尺寸及结构、沉淀相、织构）以及结合强度进行细致地探究和分析。

图1 摩擦挤压增材制造工艺原理图及力学性能测试试样取样位置

工具轴肩转速为600 r/min，沉积速度为300 mm/min时施加的摩擦挤压与剪切变形作用较弱，增材层间结合界面几乎呈平直状。轴肩作用区部分局域经历的高温和塑性变形不足以产生消除原始连接界面的再结晶晶粒从而产生显著降低界面结合强度和塑性的弱连接缺陷。沿增材试样厚度累积方向组织呈现明显非均匀性，其中增材层间摩擦界面晶粒细化最为显著，细化至4.0 μm，并出现明显择优取向，主要沉淀相在增材过程中几乎全部溶解，使得这一区域硬度最低。含有弱连接缺陷的界面晶粒细化至2.7 μm，并呈现较高几何必须位错密度。经历一次热循环和塑性变形的沉积层出现较强的再结晶织构Cube，而经历两次热循环和塑性变形的沉积层晶粒主要以P织构和近Goss取向为主。沉积态和热处理态增材试样沿其厚度累积方向的抗拉强度分别能够达到6061-T651铝合金挤压棒材的57%和82.9%。研究结果期望为工业领域大尺寸高性能轻合金复杂构件制备应用实现增材路径自由设计的摩擦增材制造技术提供试验依据和理论指导。

图2 6061铝合金摩擦挤压增材试样（打印态）不同区域内核局部取向差和几何必须位错分布图

图3 6061铝合金摩擦挤压增材试样（打印态）不同区域析出相分布特征

END

图文 | IJMMM

排版 | IJMMM

期刊简介ABOUT US

《矿物冶金与材料学报（英文版）》(InternationalJournal of Minerals, Metallurgy and Materials，IJMMM)是由教育部主管、北京科技大学主办、Springer Nature合作出版的英文学术期刊，1994年创刊，月刊。主要刊载矿物、冶金和材料领域的原创研究论文和特约综述等。被SCIE，EI，CAS，Scopus，ProQuest，OCLC，INSPEC等国际著名文摘或检索系统作为文献源期刊收录。入选中科院期刊分区二区。2021 JCR影响因子为3.850，在冶金与冶金工程学科和矿业工程与矿物加工学科位于Q1区,  在材料科学综合学科位于Q2区。2021 CiteScore为4.7，在材料科学-金属与合金类期刊中排名第27位（共155种期刊），位于Q1区。入选《有色金属领域高质量科技期刊分级目录》T1级别；《冶金工程技术领域高质量科技期刊分级目录》T1级别。

联系我们CONTACT US

加入学科微信群

为了更好地为专家提供服务，促进学术交流，我们建立了“矿物”“冶金”“材料”三个学科微信群”。微信群定位为期刊作者和读者提供与期刊编辑在投审稿、编校和文章宣传推广、论文写作与投稿技能等方面进行交流的互动平台，同时也是相关学科专家们进行学术交流互动的平台。

想加入群的作者和专家，请加右侧各专业的微信负责人微信，并留言想要加入的群（备注：名字+单位），营销广告人员请勿扰！

矿物学科：

负责人：杜焱

微信号：mcgrady2006duyan

冶金学科：

负责人：陈佩仙

微信号：flywincpx

材料学科：

负责人：潘璐

微信号：panlu151017

其他联系方式

网址：http://ijmmm.ustb.edu.cn

http://www.springer.com/journal/12613

邮箱：[e-mail]

电话：[phone]

关注我们