增材制造Ti-6Al-4V的高強高韌球化熱處理

編輯整理：高溫合金精密成型研究中心2018級碩士-肖郁森

1　前言
SLM制備TC4合金以其獨特的制備過程，而具有微觀組織如：粗大初生柱狀β晶粒，其晶粒內(nèi)部為細小針狀α'馬氏體。上述微觀組織具有高強、低延展性以及各向異性的力學性能。目前制備鈦的延展性最高為12%，遠低于傳統(tǒng)鍛造材料的18-20%，制備鈦的力學性能限制了其應用。為提高其綜合力學性能，需要加入一定的后處理技術(shù)，如激光噴丸、熱處理等等。鈦合金的傳統(tǒng)熱處理技術(shù)依賴于熱鍛造的大變形來實現(xiàn)球化，這在以近凈成型為特點的SLM中是不可行的。本文提出了全新的熱處理工藝實現(xiàn)雙態(tài)球化組織。

2　研究思路
通過引入獨特的熱循環(huán)機制，實現(xiàn)從層片組織到雙態(tài)球化組織的轉(zhuǎn)變。本文重點應用了SEM表征工藝不同階段α相的形狀，EPMA表征α與β兩相的化學成分區(qū)別，TEM表征制備鈦的亞結(jié)構(gòu)。

3　圖文導讀

圖一：熱循環(huán)機制，以975℃和875℃為溫度區(qū)間，慢冷慢熱

圖二：975℃和875℃的均值925℃作為恒溫熱處理（與上述機制形成對比實驗）

圖三圖中箭頭所示為制備鈦的高密度位錯形成的亞晶界。

圖四：SEM背散模式

箭頭所示為熱溝槽現(xiàn)象。

圖五：圖四的EPMA像

藍色區(qū)域為貧V區(qū)，為α相。

圖六：熱循環(huán)中875℃SEM像

α相具有一定的球化特征。

圖七：熱循環(huán)中975℃ SEM像

α相具有一定的球化特征，箭頭為熱溝槽現(xiàn)象。

圖八：熱循環(huán)中875℃ SEM像

α相具有明顯的球化特征。

圖九：熱循環(huán)過程中α相的體積分數(shù)

可以觀察到α相體積分數(shù)在隨著熱循環(huán)過程不斷增加。

圖十：熱循環(huán)過程中α相的球型度

隨著熱循環(huán)過程，球型度不斷增加。

4　總結(jié)
本文通過引入熱循環(huán)機制，利用制備鈦獨特的高密度位錯與亞晶界等特征，成功實現(xiàn)了從層片組織到雙態(tài)球化組織的轉(zhuǎn)變。不同于傳統(tǒng)熱處理的是，熱循環(huán)機制不需要大變形就可以實現(xiàn)球化，這與增材制造的近凈成型完美配合，不失為一種優(yōu)秀的后處理技術(shù)。

來源： 高溫合金精密成型研究中心
本文由高溫合金精密成型研究中心2018級碩士-肖郁森編輯整理