精密热处理的介入至关重要，因为激光粉末床熔融 (LPBF) 工艺使 AlSi10Mg 承受极端的热条件，从而损害零件的内部稳定性。尽管工业级 LPBF 设备使用高功率激光实现了近乎 100% 的相对密度，但由此产生的快速冷却速率会产生必须消除的显著内部残余应力。
虽然 LPBF 在制造致密几何形状方面表现出色，但其快速的热循环会锁定破坏性的残余应力。精密热处理是打印形状与结构健全、机械精炼组件之间的强制性桥梁。
LPBF 的热动力学
热处理需求的根本原因在于打印过程本身的物理原理。这不是制造上的缺陷，而是材料形成方式的副产品。
极端温度振荡
LPBF 使用高功率激光熔化细粉末层。这会在极短的时间内将强烈的局部热量引入材料。
快速冷却速率
当激光移开时，熔化的金属几乎会立即凝固。这种极快的冷却速率在原子结构自然达到平衡之前，就将其锁定在应力状态。
为什么精密设备是必不可少的
标准的加热方法通常不足以满足增材制造应用的需求。通过 LPBF 生产的 AlSi10Mg 零件的特定需求要求设备能够进行精确控制。
管理残余应力
该设备的主要功能是释放由打印过程引起的内部残余应力。没有这种介入，零件可能会翘曲、变形或在负载下过早失效。
精炼机械性能
除了应力释放，材料还需要受控的热循环来优化其性能。精密设备可确保合金达到精炼最终机械性能（如延展性和硬度）所需的精确温度。
理解权衡
虽然热处理是必不可少的，但它会在制造链中引入额外的变量，这些变量必须得到管理。
增加周期时间
实施精密热处理步骤不可避免地会延长总生产时间。您是在用速度换取结构完整性，这是功能性零件的必要成本。
依赖控制
这里的“精密”一词是关键；控制不当的热处理可能会毁掉一个完美打印的零件。如果热循环未得到精确维护，您就有可能将材料性能改变到超出预期规格。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地发挥 AlSi10Mg 组件的效用，您必须根据性能要求调整您的后处理策略。
- 如果您的主要重点是尺寸稳定性：优先考虑专门用于消除内部残余应力以防止翘曲的热处理循环。
- 如果您的主要重点是机械性能：确保您的设备能够执行复杂、受控的热循环，以精炼合金的微观结构，从而获得最大的强度。
精密热处理将打印的几何形状转化为可靠的工程级组件。
摘要表：
| 因素 | LPBF 对 AlSi10Mg 的影响 | 精密热处理的作用 |
|---|---|---|
| 热状态 | 快速冷却产生高残余应力 | 消除内部应力以防止翘曲 |
| 结构稳定性 | 原子结构锁定在非平衡状态 | 恢复结构完整性和尺寸稳定性 |
| 机械性能 | 高硬度但可能脆性 | 精炼微观结构以提高延展性和强度 |
| 一致性 | 局部热振荡导致变异 | 通过受控循环确保均匀的材料性能 |
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图解指南
参考文献
- Busisiwe J. Mfusi, Ntombi Mathe. Optimisation of the Heat Treatment Profile for Powder-Bed Fusion Built AlSi10Mg by Age Hardening and Ice-Water Quenching. DOI: 10.3390/met14030292
本文还参考了以下技术资料 Kintek Furnace 知识库 .
