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快速热处理 | 可平衡3D打印钛合金的强度和延展性,大幅提升塑性

2020年04月21日

  • 与锻造技术相比,采用SLM技术生产的Ti6Al4V零件通常具有更高的强度,材料力学性能具有明显的各向异性,而塑性较差。这是由于SLM过程所形成的典型显微结构所致。通常情况下,金属打印的零件可以通过热处理来改善微观结构,提高材料的延展性。
    本文我们要介绍的研究来自诺丁汉大学,其研究团队通过一种特殊的快速热处理方式,将3D打印的Ti6Al4V延展率提升到了16%以上,实现了强度和塑性的平衡。

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    研究人员所制备的试样尺寸为直径9mm、长度60mm,采用EOS M290垂直基板建造。通过测试,打印态的强度虽达到1240Mpa,但延伸率仅为5.2%(通常会高于该数据),无法满足ASTM F3001/14的要求。在经过常规去应力退火后,塑性提升至11%左右,但这仍低于标准。研究团队采用了一种特殊的快速热处理方式,发现断裂伸长率可以达到16%以上,且屈服应力和极限抗拉强度仍在可接受的范围内。

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打印态、去应力退火、ASTM标准以及快速热处理条件下TC4的性能

    作者对比分析了打印态和经过快速热处理的TC4钛合金晶粒尺寸变化。发现经过快速热处理后初生β相的晶粒尺寸变小,打印态由于粗大柱状晶产生的取向织构也消失了。快速热处理后样品中的大角度晶界比例增加,预示着其发生了再结晶。

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打印态和快速热处理条件下的拉伸曲线

    通过对Ti6Al4V打印态、热处理态以及锻造试样测试,发现快速热处理能够实现3D打印钛合金强度和延展性的平衡,且不会影响拉伸性能。

总的来说,经过快速热处理后,采用SLM制备的TC4钛合金强度略有下降,但延伸率大幅提升,且初生β相晶粒尺寸发生细化,这对于提升TC4钛合金的疲劳和断裂韧性极为有利。

    本研究提出的热处理方法对于增材制造制件获得准等轴晶提供了一种思路。并且有可能应用到钢材和镍基高温合金热处理中,减小增材制造工艺所造成的取向问题并提升材料的疲劳强度。


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