电弧增材制造2024铝合金的微观组织与力学性能

摘要

采用电弧增材制造工艺制备了三元Al-Cu-Mg(2024)铝合金成形试样,并对试样的晶粒形貌、物相组成、元素分布与力学性能进行研究。结果表明,2024铝合金成形试样宏观上表现出层状特征,单一沉积层可以分为层间区域与层中区域2部分,晶粒形貌由层中区域的等轴晶转变为层间区域的柱状晶;成形试样微观组织主要包括α-Al、θ-Al_(2)Cu与S-Al_(2)CuMg相;由于增材制造非平衡凝固过程,成形试样出现元素偏析,层中区域Mg元素在Al基体中均匀分布;电弧重熔作用下,层间区域元素偏析严重,Cu元素以共晶组织的形式在晶界偏析,Mg元素出现局部富集;成形试样的平均抗拉强度、屈服强度与断后伸长率分别为(323.5±6.6)MPa、(178.7±6.2)MPa和(9.03±0.67)%,高于铸造退火态2024铝合金的力学性能;由于微观组织的不同,层中区域与层间区域出现不同的裂纹扩展行为,层间区域裂纹沿着共晶组织分布路径扩展,表现为沿晶断裂,层中区域裂纹扩展模式变为穿晶断裂。