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探讨轻质增材制造结构件与维修件材料的制造及开发

  2020-09-19    222  上传者:管理员

摘要:Mg是最轻的金属结构件材料,其密度比Al低35%,成为航空航天和汽车工业中主要的减质量材料。过去,直升机工业利用Mg的低密度,用于传动变速箱体(如H-60,H-53)。而Mg大多应用非结构件或半结构件,因传统镁合金力学性能有限,Mg的可加工性(如易燃)和耐腐蚀性差限制了在美国海军飞机上的应用。

  • 关键词:
  • 军用器材
  • 维修件材料
  • 轻质增材制造结构件
  • 高耐腐蚀性
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据美国国防部SBIR-STTR网站2020年7月3日报道:用增材制造(AM)开发了一种新的高性能合金用于结构件和维修件,其具有高强度、低密度、高耐腐蚀性和改进的可处理性特征。采用集成计算材料工程(ICME)、增材制造、加速试验和数据挖掘等工具,加速开发合金。

Mg是最轻的金属结构件材料,其密度比Al低35%,成为航空航天和汽车工业中主要的减质量材料。过去,直升机工业利用Mg的低密度,用于传动变速箱体(如H-60,H-53)。而Mg大多应用非结构件或半结构件,因传统镁合金力学性能有限,Mg的可加工性(如易燃)和耐腐蚀性差限制了在美国海军飞机上的应用。事实上,许多由传统镁合金制造的部件在服役中腐蚀相对较快,这将引起不可预期的维修。增材制造给这些部件的维修提供便利,或可进行一次性替代,有助于减少维修时间和费用。然而,传统镁合金目前由于Mg的高氧亲和性、低熔点、低蒸发点,仅限于锻/铸产品,使其难以用增材制造制备。可用于结构件和维修件的高强度、低密度、高耐腐蚀性和具有改进可加工处理特征的高性能合金正在研究中。为减少开发时间,集成计算材料工程框架设计成粉末状制造,并在粉末基础上增材制造以减少开发时间。其燃烧和氧化是改进合金的关键因素,在生产及后续处理中降低燃烧风险。与传统镁合金相比,如AZ31或WE43,该合金具有可与镁合金(<13.42347kg/m3(<0.0838lb/ft3))相比的密度和力学性能:比抗拉强度为4826.5MPa(700ksi);比屈服强度为3447.5MPa(500ksi);极限伸长率为8%。合金应提高耐腐蚀性、耐疲劳性能。结果表明,一旦材料成份改变,应取样并检验性能,STTR可减少美国海军飞机寿命维修和费用,可成为传统镁合金的替代品。该合金可减少美国海军飞机的后勤物流,通过用增材制造等效部件取代铸造Mg部件,不用铸造的高费用和长交付时间。增材制造能生产一种新的高强轻质合金,使新部件有改进的结构效率(如更高强度、重量比),使生产超轻质拓扑优化部件成为可能。


夏沐清.用于轻质增材制造结构件和维修件的材料快速开发[J].兵器材料科学与工程,2020,43(05):116.

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