分享：热处置温度对抉择性激光熔化TC4钛合金板差别成形面组织和性能的影响

摘 要:通过热处置试验、金相查验、扫描电镜看察、X射线衍射阐发和硬度测试,阐发了热处置 温度对抉择性激光熔化 TC4钛合金板差别成形面的相构成、显微组织和硬度的影响。成果表白: 随热处置温度由750℃升高至950℃,抉择性激光熔化 TC4钛合金板顶面和侧面的针状马氏体α' 相不竭削减;当热处置温度为850 ℃时,针状α'相完全改变为α+β相,当热处置温度(950 ℃)超越 α相改变温度时,β相含量升高;钛合金板顶面根本没有柱状β相,构成了等轴状β相,其侧面仍存 在柱状β相;钛合金板顶面和侧面的硬度跟着温度的升高呈先减小后增大的趋向。

关键词:抉择性激光熔化;TC4钛合金;热处置;显微组织;硬度

中图分类号:TG166.5 文献标记码:A 文章编号:1001-4012(2022)03-0001-05

Ti-6Al-4V 钛合金又称 TC4钛合金,是典型的 α+β相钛合金,具有高强度、低密度、高断裂韧度、 优良的耐侵蚀性能和生物相容性[1-2],被普遍用于航 空航天、船舶、汽车、能源、医疗、化工和生物医药等 行业[3]。抉择性激光熔化(SelectiveLaserMelting, SLM)手艺做 为 一 种 典 型 的 基 于 计 算 机 辅 助 设 计(ComputerAidedDesign,CAD)模子造造零件的激 光增材造造手艺,为一些造造企业供给了一系列市 场合作优势,包罗无需模具和东西的近净成形消费、 高的素材操纵效率和程度乖巧性[4-6]。SLM 手艺中 的激光打印手艺具有较高的温度梯度和较快的冷却 速度,是消费外形复杂的 TC4钛合金零件最有利用 前景的附加造造手艺之一。摘用 SLM 手艺消费的 TC4钛合金的典型组织为柱状β晶粒、超细非平衡 亚稳马氏体α'相和大量位错,那种组织差别于常规 退火和锻造后得到的等轴状α相+晶间β相,超细 晶粒尺寸和大量位错的存在使素材硬度和强度更 高,非平衡亚稳α'相对素材的延展性和抗怠倦性能 倒霉,所以其拉伸性能始末表示为高强度(抗拉强度 极限可达1320MPa [7])、低塑性(塑性应变成2%~ 7% [8-9])。摘用 SLM 手艺消费的成形件,其断后伸 长率较低,且残存应力较大[10-11],需对其停止热处 理。凡是各类形变热处置不克不及改动或掌握钛合金的 显微组织,而热处置是改进钛合金的显微组织、进步 其力学性能的独一路子[12]。

目前,关于热处置对抉择性激光熔化 TC4钛合 金性能影响的研究较多,SU 等[13]通过试验证明了 850 ℃热处置+水淬、850 ℃热处置+550 ℃固溶处 理和热等静压工艺都可进步抉择性激光熔化 TC4 钛合金的拉伸性能和怠倦性能。YAN 等[14]通过试 验证明了热处置对抉择性激光熔化 TC4钛合金的 相变和硬度均会产生影响。李笑等[15]研究了冷却方 式、时效温度、时效时间、固溶温度对抉择性激光熔化 TC4钛合金室温塑性的影响,成果表白固溶后的冷却 体例影响更大,其次是时效温度。然而,现有报导都 只对试样的一个平面(侧面)停止了研究,未考虑抉择 性激光熔化 TC4钛合金板材有两个成形面。

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根据现有研究,并考虑α相改变温度,笔者研究 了差别热处置温度对抉择性激光熔化 TC4钛合金 板差别成形面的显微组织和性能的影响,以期为选 择性激光熔化 TC4钛合金的开展与利用供给理论 根据。

1 试验素材与办法

1.1 试验素材

试验素材为球形 TC4钛合金粉末,摘用气相雾 化法,按表1所示的成形工艺参数和图1所示的打印 计划,摘用逐层扭转67°扫描战略,以 XY 轴为底向Z 轴打印,打印出来的 TC4钛合金板如图2所示。

1.2 试验办法

操纵线切割机,在图2所示板材右边区域截取 尺寸为20mm×20mm×8mm 的小块,再将其均 分红16个块状试样,切割时对试样顶面和侧面停止 标识表记标帜,顶面为 XOY 面,侧面为 XOZ 面。在16个块 状试样中拔取侧面试样和顶面试样各4个,将其分 成4组,每组包罗一个顶面试样和一个侧面试样,其 中1组做为原始试样,其他3组根据表2所示的工 艺参数停止热处置。

热处置后,将试样停止镶嵌、打磨、抛光后,摘用 HNO3,HF,H2O按体积比为10∶5∶85混合的溶液腐 蚀25s,然后用光学显微镜和扫描电镜(SEM)停止微 看描摹看察,用 X射线衍射仪(XRD)阐发其相构成。

摘用维氏显微硬度计,对热处置后的抉择性激 光熔化 TC4钛合金板试样停止硬度测试,每个试样 拔取20个测试点,取其均匀值。

2 试验成果与讨论

2.1 相构成

如图3所示:α相和α'相晶体构造不异,衍射峰 的位置也不异,所以原始试样中的α相和α'相的所 有衍射峰都能够标识表记标帜为α'相[16] ;与原始试样中的β 相衍射峰比拟,顶面试样的β相衍射峰随热处置温 度上升的进步水平其实不明显,当热处置温度上升至 950 ℃时,其β相衍射峰进步较多,表白顶面试样中 的β相含量升高。侧面试样 XRD 谱的改变法例与 顶面试样的不异;在差别热处置温度前提下,顶面和 侧面试样的衍射峰高度相差不大。

2.2 微看组织

由图4和图5可见:原始顶面试样中存在柱状 β相,晶内存在大量的针状马氏体 α'相。跟着热处 理温度的升高,顶面试样晶粒逐步粗化,β晶粒逐步 削减;原始顶面试样外表呈棋盘描摹,那是67°填充 角在相邻层之间产生彼此穿插的扫描途径构成的, 柱状晶粒中有超细的分层针状马氏体α'相,大大都 马氏体α'相长轴取向约为±45°,原因是α,β两相之 间存在严厉的伯格斯取向关系,即(0001)α// {110}β 和1120α// 111β [11] ;经750 ℃/2h+空冷处 理后,与原始试样比拟,顶面试样的晶粒尺寸没有明 显改变,柱状β相晶界内的一部门针状α'相改变为层 状α相,由 此 判 断 该 组 织 为 魏 氏 组 织;经 850 ℃/ 2h+空冷处置后,顶面试样晶粒粗化,仍可见柱状β 晶,针状α'相完全改变为层状α相和β相,β晶粒呈小 块状,且层状α相仍在先前的柱状β相晶内,由此判 断该组织为网篮组织;经950 ℃/2h+空冷处置后, 顶面试样晶粒明显粗化,构成了球状α相,根本看不 到柱状β相,β晶粒聚集、长大,变成细棒状,构成层状 β相本改变组织,由此揣度该组织为双态组织。

由图6和图7可见:侧面试样的扫描陈迹比顶 面试样的深,柱状β相愈加清晰;跟着热处置温度的 升高,侧面试样的晶粒逐步粗化,柱状β相晶界逐步 模糊,那与顶面试样的改变法例不异;在差别热处置 温度前提下,侧面试样均存在柱状β相,那与顶面试 样差别。

2.3 硬度测试

由图8可见:原始顶面试样和原始侧面试样的硬 度均匀值别离为320HV 和317HV;跟着热处置温 度的升高,顶面试样的硬度从308HV(750 ℃)下降 至291HV(850℃),然后又上升至309HV(950℃); 侧面试样的硬度改变法例与顶面试样的不异,其硬度 从311HV(750℃)下降至297HV(850 ℃),然后又 上升至303HV(950℃)。由 XRD和SEM 阐发成果 可知:在750~850℃热处置时,试样次要发作α'相向 α相的改变,α'相为过饱和固溶体,其硬度显著高于α 相的硬度;顶面和侧面试样中均含有大量针状马氏体 α'相,经750℃/2h+空冷处置后,α'相改变为α相,试 样的硬度降低;经850 ℃/2h+空冷处置后,针状α' 相全数转化为α相和β相,其组织以层状α相和小块 状β相为主,试样硬度降低;经950℃/2h+空冷处 理后,顶面和侧面试样硬度升高,原因是该热处置温 度超越了α相的改变温度(882℃),发作了再结晶,形 成球状α相和层状β相改变组织。与球状α相比拟, 层状α相的存在会使钛合金的断后伸长率降低,层状 β相中有较多彼此交织摆列且藐小的次生α相,相界 面障碍滑移的停止,钛合金变形困难,在双态组织中 层状β相含量较高,招致钛合金硬度升高。

3 结论

(1)跟着热处置温度的升高,抉择性激光熔化 TC4钛合金板顶面和侧面的针状马氏体 α'相不竭 削减,当热处置温度为850℃时,针状α'相完全改变 为α相和β相,当热处置温度(950 ℃)超越α相转 变温度时,β相含量升高。在950 ℃热处置后,抉择 性激光熔化 TC4钛合金板顶面根本没有柱状β相, 且构成了等轴状β相,其侧面仍存在柱状β相。

(2)未经热处置的抉择性激光熔化 TC4钛合金 板的硬度更大,其顶面和侧面的硬度别离为320HV 和317HV。颠末差别温度热处置的钛合金板,其顶 面和侧面的硬度跟着温度的升高呈先减小后增大的 趋向。钛合金板顶面的硬度从308HV(750℃)下降 至291HV(850℃),然后又上升至309HV(950℃), 其侧 面 的 硬 度 从 311HV(750 ℃)下 降 至 297 HV (850℃),然后又上升至303HV(950℃)。

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文章来源 素材与测试网 期刊论文 理化查验－物理分册 58卷 3期 (pp:1-5)