西北工业大学 | JMRT |
文章导读
本研究采用线粉电弧增材制造（WPAAM）技术成功制备了Sc微合金化改性的2024铝合金薄壁构件，系统探究了Sc元素在沉积态和T6热处理态下对合金微观结构与力学性能的影响机制。结果表明，Sc的引入显著促进了Al₃Sc粒子的析出，作为有效的异质形核核心，使原本粗大的柱状晶转变为全等轴晶，平均晶粒尺寸从78.0 μm细化至12.3 μm。在沉积态下，Sc主要通过晶粒细化强化机制提升合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率；然而，Sc也会在凝固过程中形成W相（Al₈Cu₄Sc），消耗部分Cu元素，影响基体中S相（Al₂CuMg）的析出行为。经T6处理后，Sc虽略微降低了S相的体积分数，但有效抑制其粗化，使S₁相平均尺寸减小36.6%，最终使2024Sc合金在保持与未改性2024合金相当强度的同时，延伸率显著提高47%。该研究为WAAM制备高强高韧Al-Cu-Mg合金的成分设计与工艺优化提供了重要依据。
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详细解读
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图1：展示了线粉电弧增材制造系统的结构示意图，包括送丝装置、送粉器、工作平台和焊接电源等关键部件，并标注了微观结构与力学性能试样的取样位置，为后续实验提供工艺基础。
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图4：通过TEM高角环形暗场像与EDS面扫描分析，揭示了W相与Al₃Sc相的核壳结构，确认了W相为体心四方结构，Al₃Sc相与铝基体具有一致的晶体学取向关系。
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图5：对比了沉积态2024和2024Sc合金的TEM图像，2024合金中可见针状S′相，而2024Sc合金中除S′相外还存在纳米球形Al₃Sc相，说明Sc的加入引入了新的强化相。
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图6：T6处理后2024合金中网络状共晶相大量溶解，而2024Sc合金中仍保留较多白色W相，EDS分析确认其成分为Al₂Cu/Al₂CuMg和W相，表明W相在500℃固溶处理中未完全溶解。
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图7：T6态下2024合金中S相呈板条状（S₁）和棒状（SⅡ）两种形态，而2024Sc合金中S₁相尺寸显著减小，说明Sc有效抑制了S相粗化，同时基体中分散有纳米Al₃Sc粒子。
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图10：断口侧视形貌显示沉积态样品呈沿晶断裂，T6处理后2024合金共晶相溶解，断裂方式改善，而2024Sc合金因W相残留仍存在沿晶裂纹起源点。
文章总结 / Conclusion
本文Sc添加通过促进Al₃Sc析出实现2024铝合金晶粒显著细化，沉积态下强度和塑性同步提升；T6处理后Sc虽因形成W相消耗Cu元素而略微降低S相体积分数，但有效抑制S相粗化，使合金在保持高强度的同时延伸率提高47%，展现出Sc在WAAM制备高强韧铝合金中的双重作用。
文章信息
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文章标题：Effect of Sc on microstructural and mechanical behavior of Al-Cu-Mg alloy via wire-powder-arc additive manufacturing
标题翻译：Sc对线粉电弧增材制造Al-Cu-Mg合金微观组织与力学行为的影响
期刊名称：《Journal of Materials Research and Technology》
DOI：10.1016/j.jmrt.2025.08.187
第一通讯作者单位：西北工业大学
本文源自微信公众号：合金材料
原文标题：《西北工业大学 | JMRT | 铝合金的性能又有新发现了！延伸率提升47%：Sc改性2024合金的强韧秘诀》
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/mvinyp3pagbnKZljz_iS1w
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