Developing a high-strength Al-Mg-Si-Sc-Zr alloy for selective laser melting: Crack-inhibiting and multiple strengthening mechanisms

材料科学 选择性激光熔化 合金 微观结构 极限抗拉强度 共晶体系 晶界 延伸率 相(物质) 冶金 晶间腐蚀 堆积 复合材料 延展性(地球科学) 蠕动 核磁共振 物理 有机化学 化学
作者
Ruidi Li,Minbo Wang,Zhiming Li,Peng Cao,Tiechui Yuan,Hongbin Zhu
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier]
卷期号:193: 83-98 被引量:404
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2020.03.060
摘要

To develop high-strength Al alloys for selective laser melting (SLM) additive manufacturing, we designed a series of Al-Mg(-Si)-Sc-Zr alloys and additively manufactured them using atomized alloy powders. In the absence of Si, the developed Al-xMg-0.2Sc-0.1Zr (x = 1.5, 3.0 and 6.0 wt%) alloys are all susceptible to hot cracking and the average crack density increases with increasing Mg content. The addition of 1.3 wt% Si into the Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr alloys effectively inhibits hot cracking during SLM and simultaneously refines the microstructure, and thus leading to enhanced mechanical properties in the as-printed samples. By further fine-tuning the alloy compositions, we designed a new alloy Al-8.0Mg-1.3Si-0.5Mn-0.5Sc-0.3Zr. This new alloy demonstrates significantly refined microstructure consisting of submicron cells with coherent Al3(Sc,Zr) nano-particle (2–15 nm) residing in the cell and intergranular Al-Mg2Si eutectic (Mg2Si diameter 10–100 nm). High-density stacking faults and a unique 9R phase are formed in the as-printed sample. The tensile strength and elongation of the as-printed sample are up to 497 MPa and 11%, respectively. After the aging treatment, the tensile strength reaches 550 MPa, while the ductility ranges from 8% to 17%, depending on the aging conditions. In addition to solid solution strengthening, grain boundary strengthening and nanoparticle strengthening, the high-density stacking faults also contributes to strengthening.
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