墨爾本理工大學：超細晶粒高強度鈦合金3D打印材料

來源：材料人  

3D打印正在挑戰(zhàn)傳統(tǒng)制造工藝對高復雜性和低材料浪費產品的主導地位。通過3D打印制造的鈦合金已經用于各種行業(yè)。但是，熔融金屬增材制造工藝，特別是在鈦合金中，固有的高冷卻速率和高熱梯度通常會導致非常精細的微觀結構，并趨向于幾乎完全是柱狀晶粒。因為添加制造的鈦成分中的柱狀顆粒會導致機械性能的各向異性，因此是不希望的。通過對增材加工工藝參數(shù)的優(yōu)化，很難改變條件促進鈦晶粒等軸生長。與其他常見的工程合金（例如鋁）相比，目前還沒有商業(yè)化的鈦晶粒細化劑能夠有效地細化組織。

在皇家墨爾本理工大學Mark A. Easton教授和俄亥俄州立大學Hamish L. Fraser教授團隊（共同通訊作者）帶領下，與英聯(lián)邦科學和工業(yè)研究組織（CSIRO）、昆士蘭大學和內華達大學合作，報告鈦銅合金的發(fā)展，這種鈦銅合金具有較高的組織過冷能力，這是由于凝固過程中合金元素的分配所致，它可以克服激光中高熱梯度的負面影響。增材制造過程中的熔化區(qū)域。無需任何特殊的工藝控制或其他處理，打印的鈦銅合金試樣具有完全等軸的細晶粒組織。與在類似加工條件下的常規(guī)合金相比，它們還顯示出有出色的力學性能，如高屈服強度和均勻的伸長率，這歸因于利用了高冷卻速率和多次熱循環(huán)而形成超細共析微結構。我們預計該方法將適用于其他形成共析金屬的合金系統(tǒng)，并將在航空航天和生物醫(yī)學行業(yè)中得到應用。相關成果以題為“Additive manufacturing of ultrafine-grained high-strength titanium alloys”發(fā)表在了Nature。

圖文導讀

圖1 Ti-6Al-4V和Ti-8.5Cu合金的3D打印

圖2 Ti-8.5Cu合金的SEM表征

圖3 3D打印的Ti-8.5Cu合金的TEM表征

圖4 3D打印后Ti-Cu合金的機械性能

文獻鏈接：Additive manufacturing of ultrafine-grained high-strength titanium alloys（Nature，2019，DOI:10.1038/s41586-019-1783-1）