增材制造粉末床熔融鋁合金技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)研究報(bào)告EnglishTitle:ResearchReportontheStandardizationofPowderBedFusionAluminumAlloyinAdditiveManufacturing摘要隨著航空航天、軌道交通等領(lǐng)域?qū)Ω叨搜b備輕量化需求的日益增長，增材制造技術(shù)特別是粉末床熔融鋁合金技術(shù)，已成為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)輕量化制造的關(guān)鍵手段。本報(bào)告系統(tǒng)分析了該技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)的目的意義、適用范圍及主要技術(shù)內(nèi)容，旨在通過標(biāo)準(zhǔn)化推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級。研究顯示，該標(biāo)準(zhǔn)不僅填補(bǔ)了國內(nèi)鋁合金增材制造標(biāo)準(zhǔn)化空白，還為產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)提供了統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范和質(zhì)量要求，對提升我國高端裝備制造水平具有重要意義。報(bào)告結(jié)合國家《“十四五”規(guī)劃》和《國家標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展綱要》等政策文件，強(qiáng)調(diào)了標(biāo)準(zhǔn)研制在促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化、保障產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全方面的關(guān)鍵作用。關(guān)鍵詞：增材制造；粉末床熔融；鋁合金；標(biāo)準(zhǔn)化；輕量化；航空航天Keywords:AdditiveManufacturing;PowderBedFusion;AluminumAlloy;Standardization;Lightweight;Aerospace正文一、目的與意義面對航空、航天、軌道交通等領(lǐng)域高端裝備關(guān)鍵零部件對結(jié)構(gòu)輕量化的迫切需求，世界各國紛紛將“輕質(zhì)高強(qiáng)材料+結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)”作為本世紀(jì)先進(jìn)制造發(fā)展的主題。鋁合金激光增材制造技術(shù)正在成為解決該領(lǐng)域復(fù)雜輕量化構(gòu)件成形難題的有效手段。例如，以探月、火星探測、空間站建設(shè)等為代表的我國航天事業(yè)正蓬勃發(fā)展，鋁合金激光增材制造較好地滿足了航天領(lǐng)域?qū)Σ馁|(zhì)輕量化、結(jié)構(gòu)鏤空輕量化及高性能的迫切需求，因而成為下一代運(yùn)載火箭、衛(wèi)星等核心零部件成形的關(guān)鍵技術(shù)。近年來，國家政策層面多次強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)化工作的重要性?！秶覙?biāo)準(zhǔn)化發(fā)展綱要》和《“十四五”信息化和工業(yè)化深度融合發(fā)展規(guī)劃》明確要求加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)研究，健全科技成果轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)制，縮短新技術(shù)、新工藝、新材料、新方法標(biāo)準(zhǔn)研制周期，加快成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用步伐?！丁笆奈濉币?guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》更是將增材制造和高性能稀土鋁合金等技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。此外，《“十四五”推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的國家標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)規(guī)劃》明確指出開展增材制造標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)航行動(dòng)，研制專用材料、工藝和設(shè)備、測試方法等標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范和引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。增材制造具有獨(dú)特的成形、控形優(yōu)勢，使其與航天器構(gòu)件制造的需求之間表現(xiàn)出高度的契合性。與傳統(tǒng)熱加工和冷加工方法相比，增材制造具有形狀復(fù)雜度高、輕量化拓?fù)鋬?yōu)化自由度高、組織細(xì)小且力學(xué)性能優(yōu)異等顯著特征。這些特征主要源于粉末床熔融增材制造技術(shù)采用了高能激光束、細(xì)小光斑、快速選區(qū)掃描和多層累加效果，產(chǎn)生微小熔池以及高溫度梯度和冷卻速度，最終形成非平衡凝固組織和微細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)。本標(biāo)準(zhǔn)的制定旨在建立激光選區(qū)熔化成形鋁合金制件連續(xù)生產(chǎn)（性能已知或可預(yù)測）的信心提供必要條件，系統(tǒng)的建立了制件在制造、裝配、測試等環(huán)節(jié)通用技術(shù)要求、質(zhì)量保證軌道和交貨準(zhǔn)備等。該標(biāo)準(zhǔn)將為激光選區(qū)熔化成形鋁合金制件的原材料采購商、供應(yīng)商、生產(chǎn)商及應(yīng)用方提供增材制造工藝所需的技術(shù)規(guī)范起指引作用，且所用的其他制件現(xiàn)有或變更的標(biāo)準(zhǔn)供以參考。二、范圍與主要技術(shù)內(nèi)容1.范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了增材制造AlSi7Mg、AlSi10Mg和AlMgSc鋁合金制件（簡稱“制件”）的通用技術(shù)要求，包括原材料、制件成分、基板、供應(yīng)態(tài)、外形尺寸、熱處理制度、力學(xué)性能、表面質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量、制件尺寸、工藝與質(zhì)量控制、批次穩(wěn)定性控制、包裝、貯存及交貨等。通過規(guī)范激光粉末床熔融鋁合金制件的制備和工程應(yīng)用，填補(bǔ)國內(nèi)增材制造鋁合金制件的標(biāo)準(zhǔn)化指引空白。2.主要技術(shù)內(nèi)容2.1原材料-化學(xué)成分：制件的原材料化學(xué)成分應(yīng)符合增材制造用鋁合金粉中的化學(xué)成分規(guī)定。-粒度：原材料粒度組成測定按GB/T1480的規(guī)定進(jìn)行，粒度分布測定按GB/T19077的規(guī)定進(jìn)行。2.2成形制件-化學(xué)成分：制件的化學(xué)成分應(yīng)符合增材制造用鋁合金粉中的化學(xué)成分規(guī)定。-基材的選擇：基材的選用應(yīng)符合鋁合金板材或鍛件的通用標(biāo)準(zhǔn)。-制造方法和供應(yīng)狀態(tài)：制件的制造方法應(yīng)為激光粉末床熔融成形工藝方法，供應(yīng)狀態(tài)可分為沉積態(tài)、去應(yīng)力退火態(tài)或熱等靜壓態(tài)。-外形尺寸：不需要進(jìn)行機(jī)加工的制件外形和尺寸應(yīng)符合供需雙方會(huì)簽的設(shè)計(jì)圖樣規(guī)定，厚度公差按（-0.1mm，0.1mm）。需要進(jìn)行機(jī)加工的毛坯件應(yīng)留有加工余量，加工余量應(yīng)由供需雙方協(xié)商決定。-熱處理制度：-AlSi7Mg熱處理：(200～300)℃±10℃，保溫（1～2）h，空氣冷卻。-AlSi10Mg熱處理：(150～300)℃±10℃，保溫（2～6）h，空氣冷卻。-AlMgSc熱處理：（280~350）±10℃，保溫（4~10）h，空氣冷卻。-熱等靜壓處理：（280~350）±10℃，150-180MPa，保溫（2~4）h，爐冷到100℃，空氣冷卻。-致密度：制件的致密度應(yīng)不小于99%。-力學(xué)性能：經(jīng)熱處理后，制件各取向的室溫力學(xué)性能應(yīng)符合以下要求：-AlSi7Mg制件：抗拉強(qiáng)度≥240MPa，屈服強(qiáng)度≥180MPa，延伸率≥8%。-AlSi10Mg制件：抗拉強(qiáng)度≥260MPa，屈服強(qiáng)度≥190MPa，延伸率≥8%。-AlMgSc制件：抗拉強(qiáng)度≥510MPa，屈服強(qiáng)度≥480MPa，延伸率≥8%。-表面質(zhì)量：制件表面質(zhì)量一般為Ⅱ級要求，即表面應(yīng)清理干凈，不應(yīng)有缺損、掉塊、毛刺、飛邊等缺陷。非加工表面不允許有表面污染；若制件需要機(jī)加工，允許存在不超過機(jī)加工余量范圍內(nèi)，經(jīng)過機(jī)加工可以完全去除的表面污染。-X射線和CT檢驗(yàn)：內(nèi)部質(zhì)量用X射線進(jìn)行檢驗(yàn)，X射線檢驗(yàn)按GJB1187A的規(guī)定進(jìn)行。-標(biāo)志：制件的批（次）號(hào)、制件號(hào)應(yīng)標(biāo)在零件圖樣或制件圖樣指定的位置上。若禁止打鋼印時(shí)，應(yīng)用專用油墨打橡皮印，或掛（貼）標(biāo)簽。-其它要求：經(jīng)科研、試制確定的主導(dǎo)工藝應(yīng)有固定的工藝作業(yè)指導(dǎo)書，并嚴(yán)格執(zhí)行，不能隨意更改，主導(dǎo)工藝的更改需征得需方同意方可實(shí)施。重大工藝和重大設(shè)備的更改，需要重新組織鑒定。3.檢驗(yàn)規(guī)則-組批規(guī)則：制件應(yīng)成批提交驗(yàn)收，每批制件應(yīng)由同一批的粉體、同一次成形和同一熱處理爐的制件組成。-檢驗(yàn)項(xiàng)目及取樣數(shù)量：按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行。-檢驗(yàn)結(jié)果的判定及復(fù)驗(yàn)規(guī)則：按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行。-檢驗(yàn)方法：-化學(xué)成分：原材料氧元素測定按GB/T11261的規(guī)定進(jìn)行，其他元素化學(xué)成分測定按GB/T20975的規(guī)定進(jìn)行。-室溫拉伸性能：室溫拉伸試驗(yàn)按GB/T228進(jìn)行。-疲勞性能：疲勞性能按HB5287的要求進(jìn)行。-斷裂韌度：面應(yīng)變斷裂韌度KIC試驗(yàn)按GB/T4161進(jìn)行。-疲勞裂紋擴(kuò)展速率：疲勞裂紋擴(kuò)展性能試驗(yàn)方法按GB/T6398的規(guī)定進(jìn)行。-表面質(zhì)量：表面質(zhì)量用目視檢驗(yàn)和熒光滲透檢驗(yàn)，熒光滲透檢驗(yàn)按GJB2367A的規(guī)定進(jìn)行。表面粗糙度檢驗(yàn)按GB/T6060.1的規(guī)定，用標(biāo)塊對比法進(jìn)行。-內(nèi)部質(zhì)量：內(nèi)部質(zhì)量用X射線進(jìn)行檢驗(yàn)，X射線檢驗(yàn)按GJB1187A的規(guī)定進(jìn)行。-尺寸檢驗(yàn)：尺寸檢驗(yàn)方法根據(jù)供需雙方協(xié)商進(jìn)行。4.交貨準(zhǔn)備-包裝、運(yùn)輸、貯存：按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行。-質(zhì)量證明書：按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行。介紹修訂的企事業(yè)單位或標(biāo)委會(huì)本標(biāo)準(zhǔn)的主要參與單位為中國航空制造技術(shù)研究院（以下簡稱“航空制造院”）。航空制造院是我國航空工業(yè)領(lǐng)域的重要科研機(jī)構(gòu)，長期致力于先進(jìn)制造技術(shù)的研究與開發(fā)，特別是在增材制造、輕量化材料和高性能合金方面具有深厚的技術(shù)積累和豐富的工程經(jīng)驗(yàn)。航空制造院牽頭組織了多項(xiàng)國家級科研項(xiàng)目，并參與了多項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。在此次標(biāo)準(zhǔn)研制過程中，航空制造院聯(lián)合了多家高校、科研院所和產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，共同完成了技術(shù)參數(shù)的驗(yàn)證和標(biāo)準(zhǔn)文本的編寫工作，確保了標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性、先進(jìn)性和實(shí)用性。結(jié)論增材制造粉末床熔融鋁合金技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)和研制，是我國高端裝備制造業(yè)發(fā)展的重要里程碑。該