Microstructure and Mechanical Properties of 2024 Aluminum Alloy Prepared by Wire Arc Additive Manufacturing
WU Dongjiang
,
LIU Dehua
,
ZHANG Ziao
,
ZHANG Yilun
,
NIU Fangyong
,
MA Guangyi
,
State Key Laboratory of High-Performance Precision Manufacturing, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China
Corresponding authors:
MA Guangyi, professor, Tel:
(0411)84707625
, E-mail:
[email protected]
Received:
2021-07-30
Revised:
2021-09-25
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。
Al-Cu-Mg合金
;
电弧增材制造
;
显微组织
;
Owing to its outstanding advantages, such as low specific gravity, high specific strength, and good machinability, 2024 aluminum alloy has been used as various load components in the aerospace field and has become an important lightweight material. The properties of the 2024 aluminum alloy are highly correlated with its microstructures. Accordingly, in this study, 2024 aluminum alloy deposited specimens were fabricated using wire arc additive manufacturing. Further, the microstructures and mechanical properties of the deposited specimens were investigated in different regions. The layered characteristics could be observed macroscopically in the deposited specimens, and a single deposition layer was divided into two regions: interlayer and innerlayer. The grain morphology changed from equiaxed grains in the innerlayer region to columnar grains in the interlayer region. The deposited specimens mainly included
α
-Al,
θ
-Al
2
Cu, and S-Al
2
CuMg phases. In the nonequilibrium solidification process of additive manufacturing, the deposited specimens presented element segregation. The distribution of Mg in the Al matrix was uniform for the innerlayer region. However, Cu was segregated as eutectics at the grain boundary in the interlayer region. The average tensile strength, yield strength, and elongation of deposited specimens were (323.5 ± 6.6) MPa, (178.7 ± 6.2) MPa, and (9.03 ± 0.67)%, respectively, which were higher than those of cast annealing 2024 aluminum alloy. Owing to the difference in the microstructure, the innerlayer and interlayer regions showed different crack propagation behavior. The cracks in the interlayer region propagated along the distribution path of eutectics, showing intergranular fracture, and the crack propagation mode in the innerlayer region changed to transgranular fracture.
Keywords：
Al-Cu-Mg alloy
;
wire arc additive manufacturing
;
microstructure
;
mechanical property
本文引用格式
吴东江, 刘德华, 张子傲, 张逸伦, 牛方勇, 马广义.
电弧增材制造
2024
铝合金的微观组织与力学性能
[J].
金属学报
, 2023, 59(6): 767-776 DOI:
10.11900/0412.1961.2021.00314
WU Dongjiang, LIU Dehua, ZHANG Ziao, ZHANG Yilun, NIU Fangyong, MA Guangyi.
Microstructure and Mechanical Properties of 2024 Aluminum Alloy Prepared by Wire Arc Additive Manufacturing
[J].
Acta Metallurgica Sinica
, 2023, 59(6): 767-776 DOI:
10.11900/0412.1961.2021.00314
铝合金具备比重小、强度高、韧性较好等优点，使其在轨道交通、航空航天等领域备受青睐
[
1
,
2
]
。然而，传统的“毛坯铸造/锻造-减材加工”的方式已经越来越难以满足工业化的需求
[
3
]
。增材制造(additive manufacturing，AM)技术可以通过逐层沉积材料的方式制造零件，不仅能够提高铝合金材料的利用率，还能够实现复杂结构的灵活制造
[
4
~
6
]
。
电弧增材制造(wire arc additive manufacturing，WAAM)技术具有成本低、沉积速率高、成形过程灵活性强等优势，近年来，采用WAAM技术制备铝合金构件得到了国内外学者的广泛关注。孙佳孝等
[
7
]
研究了WAAM制备5356铝合金(Al-Mg)薄壁试样，结果表明，由于增材制造的逐层沉积过程，试样在不同区域的组织形貌存在差异，导致力学性能表现出各向异性。杨光等
[
8
]
以5356铝合金为沉积材料，发现成形试样内部存在合金元素偏析的现象，经过均匀化退火后，元素分布均匀性得到改善。李承德等
[
9
]
针对ZL114A铝合金(Al-Si) WAAM成形试样进行微观组织与力学性能的研究，结果显示，与砂型铸造相比，WAAM成形试样的枝晶间距较小，力学性能显著提升，断后伸长率约为砂型铸造试样的2倍。Gu等
[
10
,
11
]
借助层间轧制的方式制备出气孔率较低的2219铝合金(Al-Cu)试样，在15 kN的轧制载荷作用下，气孔率从0.176%降低至0.029%，减少了约83.5%。Cong等
[
12
~
14
]
研究了热输入、保护气体、丝材质量及送丝速率等工艺参量对WAAM成形2219铝合金的影响，发现较低的热输入可以显著降低成形件内部的气孔，此外采用热输入较小的冷金属过渡(cold metal transfer，CMT)工艺能够提高成形构件的强度。
综上所述，国内外相关研究人员针对铝合金电弧增材制造的研究主要集中在5xxx系、4xxx系与2xxx系(Al-Cu)铝合金，对于三元Al-Cu-Mg铝合金的研究较少。Al-Cu-Mg合金具有强度高、可加工性能强和抗应力腐蚀性能好等优点，主要用于航空领域的各种高负载构件，如航天器蒙皮、隔框及骨架等，是一种重要的轻质高性能铝合金材料。本工作选用一种典型的Al-Cu-Mg (2024)铝合金为沉积材料，成功制备出形貌良好的薄壁件，重点研究了其微观组织演变，并进一步分析其力学性能。
本工作使用的沉积材料为定制的2024铝合金焊丝，其直径为1.2 mm。基板为15 mm厚的2024铝合金板材。实验前将基板放在碱水中清洗，烘干后进行机械打磨和丙酮脱脂，去除表面杂质。使用F-7000型X射线荧光光谱分析仪(XRF)检测焊丝和WAAM成形试样的化学成分，列于
表1
。由
表1
可见，2024铝合金成形试样中Mg元素发生烧损，烧损量约为11.5%。因为Mg的沸点为1108℃，远低于Al的沸点2500℃，在电弧高温等离子体条件下Mg元素的损失不可避免。
Table 1
2024铝合金焊丝和电弧增材制造(WAAM)成形件的化学成分 (mass fraction / %)
Table 1
Chemical compositions of 2024 wire and deposited specimen
Material
Cu
Mg
Mn
Ti
Fe
Si
Zn
Cr
Al
2024 alloy standard
3.80-4.90
1.20-1.80
0.30-0.90
≤ 0.15
≤ 0.50
≤ 0.15
≤ 0.15
≤ 0.15
Bal.
Deposited wire
4.59
1.56
0.67
0.09
0.10
0.09
0.05
0.02
Bal.
WAAM deposited specimen
4.59
1.38
0.66
0.09
0.09
0.09
0.04
0.02
Bal.
Note:
WAAM—wire arc additive manufacturing
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实验采用的增材制造系统主要由CNC数控机床、Miller Dynasty200钨极惰性气体保护焊机(tungsten inert gas，TIG)和自动送丝机组成。与熔化极气体保护焊(melt inert gas，MIG)相比，TIG的热输入较小，实验过程选用交流电流，利用阴极清理效应，实现较好的保护效果。2024铝合金电弧增材制造过程如
图1a
所示。成形过程中，基板固定于机床工作台上，焊丝置于焊枪前方，采用单一方向扫描策略。由于基板散热条件较好，故成形第一层时电流强度选用较大值(150 A)，保证形成稳定的熔池。随后电流强度减小至120 A，进行后续多层的沉积。扫描速率为250 mm/min，送丝速率选用1500 mm/min；采用99.9%的Ar气作为保护气体，气体流量为15 L/min。
图2a
所示为2024铝合金WAAM沉积薄壁试样的宏观形貌。可以看出，试样内部没有裂纹缺陷，但存在少量的气孔。气孔形状为规则的圆形，判断其为氢气孔。铝合金易氧化，形成氧化膜，吸收水分，电弧高温条件下，水直接分解为氢进入熔池。氢由液态向固态转变时，在铝合金的溶解度显著降低
[
15
]
，产生大量的氢气，WAAM快速凝固时，氢气泡难以充分逸出，残留在试样内部，从而形成氢气孔。此外，试样层间结合良好，没有明显的未熔合现象。由于WAAM过程的逐层沉积，试样宏观上表现出层状特征，将单一沉积层分为层中区域和层间区域，这也与柏久阳等
[
16
]
WAAM成形2219铝合金的结论一致。如
图2b
所示，层中区域与层间区域的晶粒形貌有显著的区别。面积较大的层中区域(Ⅰ)中晶粒为等轴晶形貌，且内部分布着较多的黑色细小颗粒(
图2c
)。层间区域(Ⅱ)面积较小，晶粒由等轴晶转变为柱状晶，其生长方向有沿沉积方向生长的趋势，直至与层中区域的等轴晶相遇(
图2d
)。
2024铝合金WAAM成形试样不同位置的组织形貌
(a) macromorphology (b) microstructure of innerlayer region and interlayer region
(c, d) enlarged views of region I (c) and II (d), respectively
Fig.2
Morphologies of WAAM 2024 aluminum alloy deposited specimen at different positions
对2024铝合金成形试样进行EBSD分析，结果如
图3
所示。由
图3a
可知，层中区域的等轴晶平均长度约为29.0 µm。层间区域的柱状晶外延生长，根据
图3b
统计柱状晶平均长度为37.8 µm，比层中区域等轴晶长度增加约30.3%。
图3c
为晶粒取向差分布图，可知晶界取向差主要分布于30°~60°之间，表明晶粒取向差以大角度晶界(> 15°)为主，具有较高的晶界能，占比约为83.4%。另外，成形试样中大部分晶粒颜色为蓝色或绿色(
图3a
)，结合极图(
图3d
)和反极图(
图3e
)，判断存在织构{001}<111>，织构强度为6.00。Al属于fcc结构，<100>晶向是最容易生长的方向。在增材制造的快速凝固过程中，沿最大温度梯度方向且与<100>晶向平行的晶粒生长最快，而与最大温度梯度方向成大角度的晶粒生长则受到抑制，因此铝合金增材过程产生的凝固组织存在晶粒外延生长的特征，容易产生织构
[
17
,
18
]
。
2024铝合金WAAM成形试样的EBSD分析
(a) EBSD image of microstructure (BD—building direction, SD—scanning direction, TD—transverse direction)
(b) distribution of grain size (c) distribution of grain boundary misorientation
(d) pole figures (e) inverse pole figures (IPFs)
Fig.3
EBSD analyses of WAAM 2024 aluminum alloy deposited specimen, paralleled to the building direction
晶粒形貌的演变与固/液界面前沿的成分过冷情况有关，随着成分过冷程度的增加，晶粒形态会由平面晶向胞状晶/树枝晶转变，直至生成等轴晶。根据凝固原理，成分过冷可以用下式表示
[
19
,
20
]
：
G
R
≤
m
c
D
1
-
K
K
(1)
式中，
G
和
R
分别为凝固界面前沿的温度梯度与凝固速率，
c
为合金溶质浓度，
K
为平衡分配系数，
m
为合金液相线斜率，
D
为液相溶质扩散系数。可以看出，对于2024铝合金凝固过程，晶粒形貌主要取决于温度梯度与凝固速率。层间区域与已凝固的沉积层接触，因此其沿沉积方向的
G
相对较大，
R
相对较小，由
式(1)可知其成分过冷的程度较大；另外，该区域可以通过已凝固层散热，比通过空气散热更加容易，晶粒会沿着热流方向择优生长，形成柱状晶区域。随着凝固过程的进行，从熔池底部到中心，散热条件逐渐变差，使得固/液界面的温度梯度减小，
R
不断增加，且温度梯度沿扫描方向与沉积方向的分量大致相等。根据Hunt
[
21
]
的CET (columnar-to-equiaxed transition)模型，此时晶粒的生长不再具有明显的方向性，因此层中区域等轴晶逐渐成为了主导。
根据Scheil理论
[
22
,
23
]
，
图4a
总结了不同Cu和Mg元素含量下Al-Cu-Mg合金的凝固过程。电弧增材过程中，液态熔池的凝固过程属于非平衡凝固，结合本工作中2024铝合金沉积丝材的元素成分，因此发生非等温共晶反应：L→L +
α
-Al→L +
α
-Al +
θ
-Al
2
Cu→
α
-Al +
θ
-Al
2
Cu + S-Al
2
CuMg，故判断成形产物主要是
α
-Al相与共晶组织。
图4b
是2024铝合金丝材和沉积试样的XRD谱。可以看出，2024铝合金丝材以
α
-Al相为主，同时存在
θ
-Al
2
Cu与S-Al
2
CuMg相。
由于层中区域与层间区域的晶粒形貌不同，采用SEM对不同区域的微观组织进行深入的研究。如
图5a
所示，Al基体中有2种不同的第二相：第1种为亮白色相(P1)，EDS检测结果显示其主要元素为Al和Cu，质量分数(%)为Al
60.16
Cu
39.84
，接近
α
-Al +
θ
-Al
2
Cu共晶组织的成分(Al
66.8
Cu
33.2
)，结合EDS线扫描结果(
图5b
)，可以判断其为
α
+
θ
共晶组织；第2种为灰白色的第二相，放大后观察内部结构为层片状(P2)，元素质量分数(%)为Al
51.69
Cu
40.45
Mg
7.86
，与EDS线扫描结果(
图5c
)相对应，判断其为
α
+ S共晶组织。
图6
为WAAM成形2024铝合金试样层间区域和层中区域微观组织的SEM像。可以发现，层中区域与层间区域中第二相的分布特征存在差异。其中，层中区域大量的共晶组织颗粒呈分散特征均匀分布在晶粒内部(
图6a
)；而层间区域共晶组织主要呈网状聚集在晶界，颗粒状的共晶组织数量远少于层中区域。增材制造过程中，电弧熔化一部分已凝固层，重新凝固后形成层间区域。该区域的再热作用较强，会使得已凝固层的共晶组织完全液化，随着温度下降，完全液化的共晶组织重新结晶，形成粗大共晶组织，且聚集在晶界(
图6b
)。
2024铝合金WAAM成形试样的主要元素面扫描分布结果如
图7
所示。由
图7
可知，层中区域Cu元素主要以共晶组织的形式聚集在晶界，晶粒内部含量较少；而Mg元素在Al基体的分布均匀性较好，这是由于Al-Cu-Mg合金中Mg元素的扩散速率远大于Cu元素
[
25
]
。层间区域晶界粗化，Cu元素偏析严重，Mg元素在晶界上表现出局部富集的特征，但整体分布差异性较小。由于晶界处存在着大量的缺陷，晶界能量远高于晶粒内部，Cu和Mg原子在晶界处的自由能将降低
[
26
]
。电弧重熔作用下，晶界附近的Cu和Mg原子向晶界扩散偏聚，故层间区域的偏析更加严重。
沿沉积方向每间隔0.5 mm设置一个显微硬度测试点，电弧增材制造2024铝合金试样的硬度分布测试结果如
图8a
所示。2024铝合金成形试样的平均显微硬度为(117.9 ± 3.3) HV
0.1
，高于2024-O铸造退火态板材(80 HV)
[
27
]
，但低于2024-T6 (固溶+时效态)锻造板材(135~145 HV)。此外，硬度沿沉积方向存在波动。对一层沉积层的显微硬度进行测试，间隔为0.2 mm，如
图8b
所示。结果表明，层中区域硬度较高，约为120.4 HV；而层间区域硬度偏低，原因为层间区域柱状晶较为粗大，致使层间硬度较低。
沿扫描方向对电弧增材制造2024铝合金进行室温拉伸实验。3个拉伸试样的应力-应变曲线如
图9a
所示。所有被测试样的弹性变形阶段基本一致，且均没有明显的屈服点，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)%。
图9b
对WAAM成形2024铝合金试样与2024-O和2024-T6合金板材
[
28
]
的力学性能进行了比较。可见，WAAM成形2024铝合金的力学性能要远大于铸造退火O态，但要低于锻造T6态。对于可热处理的2xxx系铝合金，Bai等
[
29
]
发现增材制造沉积态试样内部的析出相数量稀少，产生的沉淀强化效应可以忽略，使得其力学性能远低于2024-T6板材。
图10a
为电弧增材制造2024铝合金拉伸试样的典型断口形貌。如
图10a
2所示，层间区域放大后的SEM像中可以观察到大量的柱状晶外表面。对断裂的柱状晶的外表面的破碎颗粒进行EDS分析，推断其为
α
+ S共晶组织(
图10b
)。此外，如
图10a
1和c所示，层中区域密布着韧窝，韧窝底部残留着细小颗粒，EDS结果显示细小颗粒为共晶组织。由于上述微观组织的分层特征，如
图11a
所示，层中区域与层间区域出现不同的裂纹扩展行为。与Al基体相比，共晶组织具有硬而脆的特点，能够阻碍位错运动并造成应力集中，产生微裂纹
[
30
]
；另外，根据第2.2节物相组成与元素分布的分析可知，层间区域Cu元素和Mg元素在晶界偏析严重，共晶组织呈网状沿晶界连续分布，这会降低晶界结合力，有利于微裂纹沿着晶界扩展。如
图11b
所示，在拉伸载荷下，层间区域裂纹沿着共晶组织分布路径扩展，最终表现为沿晶断裂。而层中区域元素偏析得到缓解，晶粒内部弥散分布着颗粒状的共晶组织，粗大连续的共晶组织减少。此时，颗粒状共晶组织周围较软的Al基体在拉伸载荷下首先发生变形，形成显微孔洞，颗粒状共晶组织残留在孔洞内部。孔洞聚集直至穿过晶粒，最终导致断裂，产生韧窝特征，如
图11c
所示，故层中区域裂纹扩展模式为穿晶断裂。
2024铝合金WAAM成形拉伸试样断口裂纹扩展
(a) cross section of fracture (b) image of interlayer region (c) image of innerlayer region
Fig.11
Crack propagation of tensile fracture of WAAM 2024 aluminum alloy tensile specimen
孙佳孝
,
杨 可
,
王秋雨
等
.
5356铝合金TIG电弧增材制造组织与力学性能
[J].
金属学报,
2021
,
57
:
665
采用钨极惰性气体保护焊(TIG)电弧增材制造工艺制备5356铝合金成形件，并对成形件的组织和力学性能进行研究。结果表明，5356铝合金增材制造的相组成为α-Al基体和β(Al<sub>3</sub>Mg<sub>2</sub>)相；随沉积高度增加，沉积层显微组织由等轴晶向柱状晶转变，达到热平衡状态后趋于稳定，这是因为增材制造具有热积累效应；最顶层组织呈现树枝状，且Mg元素偏析严重；中下部组织形态多样，包括等轴晶组织、柱状晶组织及其混合组织，同时Mg元素偏析得到改善。力学性能测试结果显示，随沉积高度的增加，层内显微硬度先降低后趋于稳定，这是因为沉积层组织在增材制造过程中经历逐渐粗化的过程，导致显微硬度下降，达到热平衡状态后显微组织相对稳定，显微硬度也趋于稳定。沉积层层间位置的硬度大于层内，这是因为层间结合处为细小的等轴晶组织。聚集在层间的气孔可能是导致薄壁件屈服强度低于理论计算值的原因。抗拉强度、屈服强度以及伸长率都表现了各向异性，横向拉伸性能优于纵向，这是因为薄壁件层间气孔聚集以及显微组织不均匀。
Development of high strength aluminum alloys and processing techniques for the materials
... 铝合金具备比重小、强度高、韧性较好等优点，使其在轨道交通、航空航天等领域备受青睐
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.然而，传统的“毛坯铸造/锻造-减材加工”的方式已经越来越难以满足工业化的需求
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.增材制造(additive manufacturing，AM)技术可以通过逐层沉积材料的方式制造零件，不仅能够提高铝合金材料的利用率，还能够实现复杂结构的灵活制造
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. ...
Microstructure and deformation behavior of Ti-6Al-4V alloy by high-power laser solid forming
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4
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Wire and arc additive manufacturing of lightweight metal components in aeronautics and astronautics
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Microstructure and mechanical properties of 5356 aluminum alloy fabricated by TIG arc additive manufacturing
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研究了WAAM制备5356铝合金(Al-Mg)薄壁试样，结果表明，由于增材制造的逐层沉积过程，试样在不同区域的组织形貌存在差异，导致力学性能表现出各向异性.杨光等
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借助层间轧制的方式制备出气孔率较低的2219铝合金(Al-Cu)试样，在15 kN的轧制载荷作用下，气孔率从0.176%降低至0.029%，减少了约83.5%.Cong等
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Microstructure and mechanical property research on wire + arc additive manufactured 5356-aluminum alloy
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7
]
研究了WAAM制备5356铝合金(Al-Mg)薄壁试样，结果表明，由于增材制造的逐层沉积过程，试样在不同区域的组织形貌存在差异，导致力学性能表现出各向异性.杨光等
[
8
]
以5356铝合金为沉积材料，发现成形试样内部存在合金元素偏析的现象，经过均匀化退火后，元素分布均匀性得到改善.李承德等
[
9
]
针对ZL114A铝合金(Al-Si) WAAM成形试样进行微观组织与力学性能的研究，结果显示，与砂型铸造相比，WAAM成形试样的枝晶间距较小，力学性能显著提升，断后伸长率约为砂型铸造试样的2倍.Gu等
[
10
,
11
]
借助层间轧制的方式制备出气孔率较低的2219铝合金(Al-Cu)试样，在15 kN的轧制载荷作用下，气孔率从0.176%降低至0.029%，减少了约83.5%.Cong等
[
12
~
14
]
研究了热输入、保护气体、丝材质量及送丝速率等工艺参量对WAAM成形2219铝合金的影响，发现较低的热输入可以显著降低成形件内部的气孔，此外采用热输入较小的冷金属过渡(cold metal transfer，CMT)工艺能够提高成形构件的强度. ...
... 电弧增材制造(wire arc additive manufacturing，WAAM)技术具有成本低、沉积速率高、成形过程灵活性强等优势，近年来，采用WAAM技术制备铝合金构件得到了国内外学者的广泛关注.孙佳孝等
[
7
]
研究了WAAM制备5356铝合金(Al-Mg)薄壁试样，结果表明，由于增材制造的逐层沉积过程，试样在不同区域的组织形貌存在差异，导致力学性能表现出各向异性.杨光等
[
8
]
以5356铝合金为沉积材料，发现成形试样内部存在合金元素偏析的现象，经过均匀化退火后，元素分布均匀性得到改善.李承德等
[
9
]
针对ZL114A铝合金(Al-Si) WAAM成形试样进行微观组织与力学性能的研究，结果显示，与砂型铸造相比，WAAM成形试样的枝晶间距较小，力学性能显著提升，断后伸长率约为砂型铸造试样的2倍.Gu等
[
10
,
11
]
借助层间轧制的方式制备出气孔率较低的2219铝合金(Al-Cu)试样，在15 kN的轧制载荷作用下，气孔率从0.176%降低至0.029%，减少了约83.5%.Cong等
[
12
~
14
]
研究了热输入、保护气体、丝材质量及送丝速率等工艺参量对WAAM成形2219铝合金的影响，发现较低的热输入可以显著降低成形件内部的气孔，此外采用热输入较小的冷金属过渡(cold metal transfer，CMT)工艺能够提高成形构件的强度. ...
Microstructure and properties of ZL114A aluminum alloy prepared by wire arc additive manufacturing
... 电弧增材制造(wire arc additive manufacturing，WAAM)技术具有成本低、沉积速率高、成形过程灵活性强等优势，近年来，采用WAAM技术制备铝合金构件得到了国内外学者的广泛关注.孙佳孝等
[
7
]
研究了WAAM制备5356铝合金(Al-Mg)薄壁试样，结果表明，由于增材制造的逐层沉积过程，试样在不同区域的组织形貌存在差异，导致力学性能表现出各向异性.杨光等
[
8
]
以5356铝合金为沉积材料，发现成形试样内部存在合金元素偏析的现象，经过均匀化退火后，元素分布均匀性得到改善.李承德等
[
9
]
针对ZL114A铝合金(Al-Si) WAAM成形试样进行微观组织与力学性能的研究，结果显示，与砂型铸造相比，WAAM成形试样的枝晶间距较小，力学性能显著提升，断后伸长率约为砂型铸造试样的2倍.Gu等
[
10
,
11
]
借助层间轧制的方式制备出气孔率较低的2219铝合金(Al-Cu)试样，在15 kN的轧制载荷作用下，气孔率从0.176%降低至0.029%，减少了约83.5%.Cong等
[
12
~
14
]
研究了热输入、保护气体、丝材质量及送丝速率等工艺参量对WAAM成形2219铝合金的影响，发现较低的热输入可以显著降低成形件内部的气孔，此外采用热输入较小的冷金属过渡(cold metal transfer，CMT)工艺能够提高成形构件的强度. ...
... 电弧增材制造(wire arc additive manufacturing，WAAM)技术具有成本低、沉积速率高、成形过程灵活性强等优势，近年来，采用WAAM技术制备铝合金构件得到了国内外学者的广泛关注.孙佳孝等
[
7
]
研究了WAAM制备5356铝合金(Al-Mg)薄壁试样，结果表明，由于增材制造的逐层沉积过程，试样在不同区域的组织形貌存在差异，导致力学性能表现出各向异性.杨光等
[
8
]
以5356铝合金为沉积材料，发现成形试样内部存在合金元素偏析的现象，经过均匀化退火后，元素分布均匀性得到改善.李承德等
[
9
]
针对ZL114A铝合金(Al-Si) WAAM成形试样进行微观组织与力学性能的研究，结果显示，与砂型铸造相比，WAAM成形试样的枝晶间距较小，力学性能显著提升，断后伸长率约为砂型铸造试样的2倍.Gu等
[
10
,
11
]
借助层间轧制的方式制备出气孔率较低的2219铝合金(Al-Cu)试样，在15 kN的轧制载荷作用下，气孔率从0.176%降低至0.029%，减少了约83.5%.Cong等
[
12
~
14
]
研究了热输入、保护气体、丝材质量及送丝速率等工艺参量对WAAM成形2219铝合金的影响，发现较低的热输入可以显著降低成形件内部的气孔，此外采用热输入较小的冷金属过渡(cold metal transfer，CMT)工艺能够提高成形构件的强度. ...
The effect of inter-layer cold working and post-deposition heat treatment on porosity in additively manufactured aluminum alloys
... 电弧增材制造(wire arc additive manufacturing，WAAM)技术具有成本低、沉积速率高、成形过程灵活性强等优势，近年来，采用WAAM技术制备铝合金构件得到了国内外学者的广泛关注.孙佳孝等
[
7
]
研究了WAAM制备5356铝合金(Al-Mg)薄壁试样，结果表明，由于增材制造的逐层沉积过程，试样在不同区域的组织形貌存在差异，导致力学性能表现出各向异性.杨光等
[
8
]
以5356铝合金为沉积材料，发现成形试样内部存在合金元素偏析的现象，经过均匀化退火后，元素分布均匀性得到改善.李承德等
[
9
]
针对ZL114A铝合金(Al-Si) WAAM成形试样进行微观组织与力学性能的研究，结果显示，与砂型铸造相比，WAAM成形试样的枝晶间距较小，力学性能显著提升，断后伸长率约为砂型铸造试样的2倍.Gu等
[
10
,
11
]
借助层间轧制的方式制备出气孔率较低的2219铝合金(Al-Cu)试样，在15 kN的轧制载荷作用下，气孔率从0.176%降低至0.029%，减少了约83.5%.Cong等
[
12
~
14
]
研究了热输入、保护气体、丝材质量及送丝速率等工艺参量对WAAM成形2219铝合金的影响，发现较低的热输入可以显著降低成形件内部的气孔，此外采用热输入较小的冷金属过渡(cold metal transfer，CMT)工艺能够提高成形构件的强度. ...
The strengthening effect of inter-layer cold working and post-deposition heat treatment on the additively manufactured Al-6.3Cu alloy
... 电弧增材制造(wire arc additive manufacturing，WAAM)技术具有成本低、沉积速率高、成形过程灵活性强等优势，近年来，采用WAAM技术制备铝合金构件得到了国内外学者的广泛关注.孙佳孝等
[
7
]
研究了WAAM制备5356铝合金(Al-Mg)薄壁试样，结果表明，由于增材制造的逐层沉积过程，试样在不同区域的组织形貌存在差异，导致力学性能表现出各向异性.杨光等
[
8
]
以5356铝合金为沉积材料，发现成形试样内部存在合金元素偏析的现象，经过均匀化退火后，元素分布均匀性得到改善.李承德等
[
9
]
针对ZL114A铝合金(Al-Si) WAAM成形试样进行微观组织与力学性能的研究，结果显示，与砂型铸造相比，WAAM成形试样的枝晶间距较小，力学性能显著提升，断后伸长率约为砂型铸造试样的2倍.Gu等
[
10
,
11
]
借助层间轧制的方式制备出气孔率较低的2219铝合金(Al-Cu)试样，在15 kN的轧制载荷作用下，气孔率从0.176%降低至0.029%，减少了约83.5%.Cong等
[
12
~
14
]
研究了热输入、保护气体、丝材质量及送丝速率等工艺参量对WAAM成形2219铝合金的影响，发现较低的热输入可以显著降低成形件内部的气孔，此外采用热输入较小的冷金属过渡(cold metal transfer，CMT)工艺能够提高成形构件的强度. ...
Effect of arc mode in cold metal transfer process on porosity of additively manufactured Al-6.3%Cu alloy
... 电弧增材制造(wire arc additive manufacturing，WAAM)技术具有成本低、沉积速率高、成形过程灵活性强等优势，近年来，采用WAAM技术制备铝合金构件得到了国内外学者的广泛关注.孙佳孝等
[
7
]
研究了WAAM制备5356铝合金(Al-Mg)薄壁试样，结果表明，由于增材制造的逐层沉积过程，试样在不同区域的组织形貌存在差异，导致力学性能表现出各向异性.杨光等
[
8
]
以5356铝合金为沉积材料，发现成形试样内部存在合金元素偏析的现象，经过均匀化退火后，元素分布均匀性得到改善.李承德等
[
9
]
针对ZL114A铝合金(Al-Si) WAAM成形试样进行微观组织与力学性能的研究，结果显示，与砂型铸造相比，WAAM成形试样的枝晶间距较小，力学性能显著提升，断后伸长率约为砂型铸造试样的2倍.Gu等
[
10
,
11
]
借助层间轧制的方式制备出气孔率较低的2219铝合金(Al-Cu)试样，在15 kN的轧制载荷作用下，气孔率从0.176%降低至0.029%，减少了约83.5%.Cong等
[
12
~
14
]
研究了热输入、保护气体、丝材质量及送丝速率等工艺参量对WAAM成形2219铝合金的影响，发现较低的热输入可以显著降低成形件内部的气孔，此外采用热输入较小的冷金属过渡(cold metal transfer，CMT)工艺能够提高成形构件的强度. ...
The influence of wire properties on the quality and performance of wire + arc additive manufactured aluminium parts
Porosity control of wire + arc additively manufactured Al-6.3Cu alloy deposition using AC-GTAW process
... 电弧增材制造(wire arc additive manufacturing，WAAM)技术具有成本低、沉积速率高、成形过程灵活性强等优势，近年来，采用WAAM技术制备铝合金构件得到了国内外学者的广泛关注.孙佳孝等
[
7
]
研究了WAAM制备5356铝合金(Al-Mg)薄壁试样，结果表明，由于增材制造的逐层沉积过程，试样在不同区域的组织形貌存在差异，导致力学性能表现出各向异性.杨光等
[
8
]
以5356铝合金为沉积材料，发现成形试样内部存在合金元素偏析的现象，经过均匀化退火后，元素分布均匀性得到改善.李承德等
[
9
]
针对ZL114A铝合金(Al-Si) WAAM成形试样进行微观组织与力学性能的研究，结果显示，与砂型铸造相比，WAAM成形试样的枝晶间距较小，力学性能显著提升，断后伸长率约为砂型铸造试样的2倍.Gu等
[
10
,
11
]
借助层间轧制的方式制备出气孔率较低的2219铝合金(Al-Cu)试样，在15 kN的轧制载荷作用下，气孔率从0.176%降低至0.029%，减少了约83.5%.Cong等
[
12
~
14
]
研究了热输入、保护气体、丝材质量及送丝速率等工艺参量对WAAM成形2219铝合金的影响，发现较低的热输入可以显著降低成形件内部的气孔，此外采用热输入较小的冷金属过渡(cold metal transfer，CMT)工艺能够提高成形构件的强度. ...
... 电弧增材制造(wire arc additive manufacturing，WAAM)技术具有成本低、沉积速率高、成形过程灵活性强等优势，近年来，采用WAAM技术制备铝合金构件得到了国内外学者的广泛关注.孙佳孝等
[
7
]
研究了WAAM制备5356铝合金(Al-Mg)薄壁试样，结果表明，由于增材制造的逐层沉积过程，试样在不同区域的组织形貌存在差异，导致力学性能表现出各向异性.杨光等
[
8
]
以5356铝合金为沉积材料，发现成形试样内部存在合金元素偏析的现象，经过均匀化退火后，元素分布均匀性得到改善.李承德等
[
9
]
针对ZL114A铝合金(Al-Si) WAAM成形试样进行微观组织与力学性能的研究，结果显示，与砂型铸造相比，WAAM成形试样的枝晶间距较小，力学性能显著提升，断后伸长率约为砂型铸造试样的2倍.Gu等
[
10
,
11
]
借助层间轧制的方式制备出气孔率较低的2219铝合金(Al-Cu)试样，在15 kN的轧制载荷作用下，气孔率从0.176%降低至0.029%，减少了约83.5%.Cong等
[
12
~
14
]
研究了热输入、保护气体、丝材质量及送丝速率等工艺参量对WAAM成形2219铝合金的影响，发现较低的热输入可以显著降低成形件内部的气孔，此外采用热输入较小的冷金属过渡(cold metal transfer，CMT)工艺能够提高成形构件的强度. ...
Formation and reduction of hydrogen porosity during selective laser melting of AlSi10Mg
...
图2a
所示为2024铝合金WAAM沉积薄壁试样的宏观形貌.可以看出，试样内部没有裂纹缺陷，但存在少量的气孔.气孔形状为规则的圆形，判断其为氢气孔.铝合金易氧化，形成氧化膜，吸收水分，电弧高温条件下，水直接分解为氢进入熔池.氢由液态向固态转变时，在铝合金的溶解度显著降低
[
15
]
，产生大量的氢气，WAAM快速凝固时，氢气泡难以充分逸出，残留在试样内部，从而形成氢气孔.此外，试样层间结合良好，没有明显的未熔合现象.由于WAAM过程的逐层沉积，试样宏观上表现出层状特征，将单一沉积层分为层中区域和层间区域，这也与柏久阳等
[
16
]
WAAM成形2219铝合金的结论一致.如
图2b
所示，层中区域与层间区域的晶粒形貌有显著的区别.面积较大的层中区域(Ⅰ)中晶粒为等轴晶形貌，且内部分布着较多的黑色细小颗粒(
图2c
).层间区域(Ⅱ)面积较小，晶粒由等轴晶转变为柱状晶，其生长方向有沿沉积方向生长的趋势，直至与层中区域的等轴晶相遇(
图2d
). ...
Microstructures of 2219-Al thin-walled parts produced by shaped metal deposition
...
图2a
所示为2024铝合金WAAM沉积薄壁试样的宏观形貌.可以看出，试样内部没有裂纹缺陷，但存在少量的气孔.气孔形状为规则的圆形，判断其为氢气孔.铝合金易氧化，形成氧化膜，吸收水分，电弧高温条件下，水直接分解为氢进入熔池.氢由液态向固态转变时，在铝合金的溶解度显著降低
[
15
]
，产生大量的氢气，WAAM快速凝固时，氢气泡难以充分逸出，残留在试样内部，从而形成氢气孔.此外，试样层间结合良好，没有明显的未熔合现象.由于WAAM过程的逐层沉积，试样宏观上表现出层状特征，将单一沉积层分为层中区域和层间区域，这也与柏久阳等
[
16
]
WAAM成形2219铝合金的结论一致.如
图2b
所示，层中区域与层间区域的晶粒形貌有显著的区别.面积较大的层中区域(Ⅰ)中晶粒为等轴晶形貌，且内部分布着较多的黑色细小颗粒(
图2c
).层间区域(Ⅱ)面积较小，晶粒由等轴晶转变为柱状晶，其生长方向有沿沉积方向生长的趋势，直至与层中区域的等轴晶相遇(
图2d
). ...
...
图2a
所示为2024铝合金WAAM沉积薄壁试样的宏观形貌.可以看出，试样内部没有裂纹缺陷，但存在少量的气孔.气孔形状为规则的圆形，判断其为氢气孔.铝合金易氧化，形成氧化膜，吸收水分，电弧高温条件下，水直接分解为氢进入熔池.氢由液态向固态转变时，在铝合金的溶解度显著降低
[
15
]
，产生大量的氢气，WAAM快速凝固时，氢气泡难以充分逸出，残留在试样内部，从而形成氢气孔.此外，试样层间结合良好，没有明显的未熔合现象.由于WAAM过程的逐层沉积，试样宏观上表现出层状特征，将单一沉积层分为层中区域和层间区域，这也与柏久阳等
[
16
]
WAAM成形2219铝合金的结论一致.如
图2b
所示，层中区域与层间区域的晶粒形貌有显著的区别.面积较大的层中区域(Ⅰ)中晶粒为等轴晶形貌，且内部分布着较多的黑色细小颗粒(
图2c
).层间区域(Ⅱ)面积较小，晶粒由等轴晶转变为柱状晶，其生长方向有沿沉积方向生长的趋势，直至与层中区域的等轴晶相遇(
图2d
). ...
Fabrication and characterization of high strength Al-Cu alloys processed using laser beam melting in metal powder bed
... 对2024铝合金成形试样进行EBSD分析，结果如
图3
所示.由
图3a
可知，层中区域的等轴晶平均长度约为29.0 µm.层间区域的柱状晶外延生长，根据
图3b
统计柱状晶平均长度为37.8 µm，比层中区域等轴晶长度增加约30.3%.
图3c
为晶粒取向差分布图，可知晶界取向差主要分布于30°~60°之间，表明晶粒取向差以大角度晶界(> 15°)为主，具有较高的晶界能，占比约为83.4%.另外，成形试样中大部分晶粒颜色为蓝色或绿色(
图3a
)，结合极图(
图3d
)和反极图(
图3e
)，判断存在织构{001}<111>，织构强度为6.00.Al属于fcc结构，<100>晶向是最容易生长的方向.在增材制造的快速凝固过程中，沿最大温度梯度方向且与<100>晶向平行的晶粒生长最快，而与最大温度梯度方向成大角度的晶粒生长则受到抑制，因此铝合金增材过程产生的凝固组织存在晶粒外延生长的特征，容易产生织构
[
17
,
18
]
. ...
Microstructure and mechanical properties of Al-12Si produced by selective laser melting: Effect of heat treatment
... 对2024铝合金成形试样进行EBSD分析，结果如
图3
所示.由
图3a
可知，层中区域的等轴晶平均长度约为29.0 µm.层间区域的柱状晶外延生长，根据
图3b
统计柱状晶平均长度为37.8 µm，比层中区域等轴晶长度增加约30.3%.
图3c
为晶粒取向差分布图，可知晶界取向差主要分布于30°~60°之间，表明晶粒取向差以大角度晶界(> 15°)为主，具有较高的晶界能，占比约为83.4%.另外，成形试样中大部分晶粒颜色为蓝色或绿色(
图3a
)，结合极图(
图3d
)和反极图(
图3e
)，判断存在织构{001}<111>，织构强度为6.00.Al属于fcc结构，<100>晶向是最容易生长的方向.在增材制造的快速凝固过程中，沿最大温度梯度方向且与<100>晶向平行的晶粒生长最快，而与最大温度梯度方向成大角度的晶粒生长则受到抑制，因此铝合金增材过程产生的凝固组织存在晶粒外延生长的特征，容易产生织构
[
17
,
18
]
. ...
An analytical model for constitutional supercooling-driven grain formation and grain size prediction
... 晶粒形貌的演变与固/液界面前沿的成分过冷情况有关，随着成分过冷程度的增加，晶粒形态会由平面晶向胞状晶/树枝晶转变，直至生成等轴晶.根据凝固原理，成分过冷可以用下式表示
[
19
,
20
]
： ...
Effect of constitutional supercooling on the numerical solution of species concentration distribution in laser surface alloying
... 晶粒形貌的演变与固/液界面前沿的成分过冷情况有关，随着成分过冷程度的增加，晶粒形态会由平面晶向胞状晶/树枝晶转变，直至生成等轴晶.根据凝固原理，成分过冷可以用下式表示
[
19
,
20
]
： ...
Steady state columnar and equiaxed growth of dendrites and eutectic
... 式中，
G
和
R
分别为凝固界面前沿的温度梯度与凝固速率，
c
为合金溶质浓度，
K
为平衡分配系数，
m
为合金液相线斜率，
D
为液相溶质扩散系数.可以看出，对于2024铝合金凝固过程，晶粒形貌主要取决于温度梯度与凝固速率.层间区域与已凝固的沉积层接触，因此其沿沉积方向的
G
相对较大，
R
相对较小，由
式(1)
可知其成分过冷的程度较大；另外，该区域可以通过已凝固层散热，比通过空气散热更加容易，晶粒会沿着热流方向择优生长，形成柱状晶区域.随着凝固过程的进行，从熔池底部到中心，散热条件逐渐变差，使得固/液界面的温度梯度减小，
R
不断增加，且温度梯度沿扫描方向与沉积方向的分量大致相等.根据Hunt
[
21
]
的CET (columnar-to-equiaxed transition)模型，此时晶粒的生长不再具有明显的方向性，因此层中区域等轴晶逐渐成为了主导. ...
Study of microsegregation in Al-Cu-Zn ternary alloys by experiment and scheil model
... 根据Scheil理论
[
22
,
23
]
，
图4a
总结了不同Cu和Mg元素含量下Al-Cu-Mg合金的凝固过程.电弧增材过程中，液态熔池的凝固过程属于非平衡凝固，结合本工作中2024铝合金沉积丝材的元素成分，因此发生非等温共晶反应：L→L +
α
-Al→L +
α
-Al +
θ
-Al
2
Cu→
α
-Al +
θ
-Al
2
Cu + S-Al
2
CuMg，故判断成形产物主要是
α
-Al相与共晶组织.
图4b
是2024铝合金丝材和沉积试样的XRD谱.可以看出，2024铝合金丝材以
α
-Al相为主，同时存在
θ
-Al
2
Cu与S-Al
2
CuMg相. ...
Experimental validation of Scheil-Gulliver simulations for gradient path planning in additively manufactured functionally graded materials
... 根据Scheil理论
[
22
,
23
]
，
图4a
总结了不同Cu和Mg元素含量下Al-Cu-Mg合金的凝固过程.电弧增材过程中，液态熔池的凝固过程属于非平衡凝固，结合本工作中2024铝合金沉积丝材的元素成分，因此发生非等温共晶反应：L→L +
α
-Al→L +
α
-Al +
θ
-Al
2
Cu→
α
-Al +
θ
-Al
2
Cu + S-Al
2
CuMg，故判断成形产物主要是
α
-Al相与共晶组织.
图4b
是2024铝合金丝材和沉积试样的XRD谱.可以看出，2024铝合金丝材以
α
-Al相为主，同时存在
θ
-Al
2
Cu与S-Al
2
CuMg相. ...
Influence of alloy composition and heat treatment on precipitate composition in Al-Zn-Mg-Cu alloys
... 2024铝合金WAAM成形试样的主要元素面扫描分布结果如
图7
所示.由
图7
可知，层中区域Cu元素主要以共晶组织的形式聚集在晶界，晶粒内部含量较少；而Mg元素在Al基体的分布均匀性较好，这是由于Al-Cu-Mg合金中Mg元素的扩散速率远大于Cu元素
[
25
]
.层间区域晶界粗化，Cu元素偏析严重，Mg元素在晶界上表现出局部富集的特征，但整体分布差异性较小.由于晶界处存在着大量的缺陷，晶界能量远高于晶粒内部，Cu和Mg原子在晶界处的自由能将降低
[
26
]
.电弧重熔作用下，晶界附近的Cu和Mg原子向晶界扩散偏聚，故层间区域的偏析更加严重. ...
Effects of thermal cycles on microstructure evolution of 2219-Al during GTA-additive manufacturing
... 2024铝合金WAAM成形试样的主要元素面扫描分布结果如
图7
所示.由
图7
可知，层中区域Cu元素主要以共晶组织的形式聚集在晶界，晶粒内部含量较少；而Mg元素在Al基体的分布均匀性较好，这是由于Al-Cu-Mg合金中Mg元素的扩散速率远大于Cu元素
[
25
]
.层间区域晶界粗化，Cu元素偏析严重，Mg元素在晶界上表现出局部富集的特征，但整体分布差异性较小.由于晶界处存在着大量的缺陷，晶界能量远高于晶粒内部，Cu和Mg原子在晶界处的自由能将降低
[
26
]
.电弧重熔作用下，晶界附近的Cu和Mg原子向晶界扩散偏聚，故层间区域的偏析更加严重. ...
A review on selective laser sintering/melting (SLS/SLM) of aluminium alloy powders: Processing, microstructure, and properties
... 沿扫描方向对电弧增材制造2024铝合金进行室温拉伸实验.3个拉伸试样的应力-应变曲线如
图9a
所示.所有被测试样的弹性变形阶段基本一致，且均没有明显的屈服点，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)%.
图9b
对WAAM成形2024铝合金试样与2024-O和2024-T6合金板材
[
28
]
的力学性能进行了比较.可见，WAAM成形2024铝合金的力学性能要远大于铸造退火O态，但要低于锻造T6态.对于可热处理的2xxx系铝合金，Bai等
[
29
]
发现增材制造沉积态试样内部的析出相数量稀少，产生的沉淀强化效应可以忽略，使得其力学性能远低于2024-T6板材. ...
Mechanical properties and fracture behaviors of GTA-additive manufactured 2219-Al after an especial heat treatment
... 沿扫描方向对电弧增材制造2024铝合金进行室温拉伸实验.3个拉伸试样的应力-应变曲线如
图9a
所示.所有被测试样的弹性变形阶段基本一致，且均没有明显的屈服点，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)%.
图9b
对WAAM成形2024铝合金试样与2024-O和2024-T6合金板材
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的力学性能进行了比较.可见，WAAM成形2024铝合金的力学性能要远大于铸造退火O态，但要低于锻造T6态.对于可热处理的2xxx系铝合金，Bai等
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发现增材制造沉积态试样内部的析出相数量稀少，产生的沉淀强化效应可以忽略，使得其力学性能远低于2024-T6板材. ...
Effect of post-deposition heat treatment on laser-TIG hybrid additive manufactured Al-Cu alloy
...
图10a
为电弧增材制造2024铝合金拉伸试样的典型断口形貌.如
图10a
2所示，层间区域放大后的SEM像中可以观察到大量的柱状晶外表面.对断裂的柱状晶的外表面的破碎颗粒进行EDS分析，推断其为
α
+ S共晶组织(
图10b
).此外，如
图10a
1和c所示，层中区域密布着韧窝，韧窝底部残留着细小颗粒，EDS结果显示细小颗粒为共晶组织.由于上述微观组织的分层特征，如
图11a
所示，层中区域与层间区域出现不同的裂纹扩展行为.与Al基体相比，共晶组织具有硬而脆的特点，能够阻碍位错运动并造成应力集中，产生微裂纹
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；另外，根据第2.2节物相组成与元素分布的分析可知，层间区域Cu元素和Mg元素在晶界偏析严重，共晶组织呈网状沿晶界连续分布，这会降低晶界结合力，有利于微裂纹沿着晶界扩展.如
图11b
所示，在拉伸载荷下，层间区域裂纹沿着共晶组织分布路径扩展，最终表现为沿晶断裂.而层中区域元素偏析得到缓解，晶粒内部弥散分布着颗粒状的共晶组织，粗大连续的共晶组织减少.此时，颗粒状共晶组织周围较软的Al基体在拉伸载荷下首先发生变形，形成显微孔洞，颗粒状共晶组织残留在孔洞内部.孔洞聚集直至穿过晶粒，最终导致断裂，产生韧窝特征，如
图11c
所示，故层中区域裂纹扩展模式为穿晶断裂. ...
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