High-Strength Aluminum Alloys 7075, 6061 and Scalmalloy in AM
Overcoming solidification cracking in Al 7075 and 6061: nanoparticle inoculation, Scalmalloy scandium modification, and high-temp LPBF.
Wrought high-strength aerospace aluminum alloys 7075 and 6061 were historically considered unprintable due to severe solidification cracking during rapid cooling. Modern solutions include scandium modification (Scalmalloy), titanium diboride (TiB2) nanoparticle inoculation, and high-temperature preheating exceeding 350 deg C.
- Standard-Al7075 reißt beim Laserschmelzen entlang dendritischer Korngrenzen.
- Scalmalloy (Al-Mg-Sc-Zr) bildet feinstes äquiaxiales Gefüge und erreicht >520 MPa Zugfestigkeit.
- Nanopartikel-Impfung (z.B. TiB2 oder TiC) erzeugt Millionen Keime und eliminiert Heißrisse zuverlässig.
Technical Specifications & Comparison Matrix
ISO/ASTM 52900| Legierung | Streckgrenze Rp0.2 | Zugfestigkeit Rm | Bruchdehnung | Rissrisiko im AM |
|---|---|---|---|---|
| AlSi10Mg (Standard AM) | 220 - 260 MPa | 360 - 410 MPa | 6 - 9 % | Sehr gering (Gusslegierung) |
| Scalmalloy (Al-Mg-Sc-Zr) | 460 - 510 MPa | 520 - 560 MPa | 12 - 15 % | Rissfrei durch Kornfeinung |
| Al 7075 (unmodifiziert) | Nicht messbar (Bauteil zerbricht) | - | - | Extrem hoch (Kollaps) |
| Al 7075-RAM (mit TiB2 Keimen) | 420 - 470 MPa | 480 - 520 MPa | 8 - 11 % | Rissfrei bei Prozessfenster |
Solidification Cracking Mechanics in High-Strength Al
Bei 7075 erstarrt die Matrix dendritisch, während niedrigschmelzende Restphasen (Zink, Kupfer) zwischen den Dendriten flüssig bleiben. Kühlt das Bauteil ab, schrumpft das Metall. Wenn die Dehnung die Belastbarkeit der dünnen Flüssigkeitsfilme übersteigt, reißen die Korngrenzen auf. Gusslegierungen wie AlSi10Mg verhindern dies durch reichlich eutektisches Silizium, das Zwischenräume heilt – besitzen jedoch nur mäßige Festigkeit.
Scandium-Zirconium Inoculation (Scalmalloy)
Scalmalloy enthält Scandium und Zirkon, die bei der Erstarrung feinstverteilte Al3(Sc,Zr)-Präzipitate bilden. Diese wirken als hocheffiziente heterogene Keimbildner. Das Gefüge erstarrt nicht kolumnar, sondern vollständig äquiaxial und feinkörnig. Nach einer einfachen Einstufen-Wärmebehandlung bei 325 °C für 4 Stunden scheiden sich weitere Nanopartikel aus, die die Festigkeit auf Schmiedeniveau anheben.
Frequently Asked Questions (FAQ)
Warum ist Scalmalloy teurer als AlSi10Mg?
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