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分享:电子束选区熔化成形Ti-6Al-4V合金 不同沉积高度上的组织与性能

2022-09-08 14:07:51 

摘 要:采用电子束选区熔化技术制备了厚度10mm Ti-6A1-4V ,沿向合金的显微组织拉伸性能和显微硬度的变化:合金αα篮组织为主,底部由于经历多次热循环作用,α片层较顶部的略粗大,初生β增加而略有增大;合金底部中部和顶部的屈服强度和抗拉强度呈逐渐升高,;沉积高度处的拉伸试样均表现为韧性断裂,断口处存在孔洞和未熔化的球形粉末;合金顶部的平均 硬度(315HV)(295HV),提高

关键词:;Ti-6A1-4V ;;;

中图分类号:TG14 文献:A :1000-3738(2022)06-0007-04

0 引 言

Ti-6Al-4V合金具有较高的比强度,良好的耐腐 蚀性韧性和可加工性等特点,是目前研究和应用最 为广泛的钛合金之一,已广泛应用于航空航天生物 医学和汽车工业等领域(electron beamselectivemelting,EBSM)电子束作为热源[1],通过磁偏转线圈产生变化的磁场 驱使电子束对预铺金属粉末进行快速选区扫描熔化 并层层堆积直接成形零部件的增材制造技术[2],具有 成形件杂质含量低可精密成形复杂零部件近净成 形等特点,在成形制备钛合金方面应用前景良好

显微组织(晶粒大小相分布晶界等)决定着材 料的力学性能[3-4]EBSM 技术具有逐层堆积的特 ,沿沉积方向不同高度的热循环作用有所差异,EBSM 成形试样的显微各向异性CARROLL [5],EBSM Ti-6Al-4V 合金的塑沿沉相同,但拉伸强度基本TAN [6], EBSM 成形 Ti-6Al-4V 合金的拉伸硬化 指数随沉积高度的改变而改变SUO [7],EBSM 成形 Ti-6Al-4V 合金的沉积态和退火态 试样的拉伸性能均显示出明显的各向异性,扫描方 向的拉伸强度明显高于沉积方向LIU [8]研究 发现,EBSM 成形 Ti-6Al-4V 合金显微组织的梯度 变化导致 合 金 在 不 同 位 置 呈 现 不 同 的 拉 伸 性 能ZAEH [9]研究发现,EBSM 成形 Ti-6Al-4V 合金 经过拉伸试验后的试样由于应变硬化效应使得硬度 略有提高目前,关于 EBSM 成形 Ti-6A1-4V 合金 的研究主要集中在不同沉积方向上组织与性能的差 异方面,而关于不同沉积高度下的显微组织和力学 性能以及试样拉伸后的应变硬化程度方面的研究较 因此,作者采用 EBSM 制备了沉高度10mm Ti-6Al-4V 合金板,了沿积方向不 同高度下xOz 面和xOy 面上的显微组织拉伸性 能及显微硬度,并分析了拉伸后的断口形貌和拉伸 引起的应变硬化现象

1

验原Arcam 司生产的 Ti-6Al-4V ELI,1,50μm,见表1,GB/T3620.1-1994


采用 Arcam A2XX 型电子束选区熔化设备成 Ti-6Al-4V 合 金 板 试 样,试 样 尺 寸 为 80 mm× 30mm×10mm机箱,入 适 量 氮 气,[10]Arcam EBM 5 mm ,2,样的影响,同时方便取下成形试样沿的扫描路径熔化金属粉末EBSM 预热参数及成形 过程中的关键参数见表2


将成形试样xOy xOy xOz 面打 磨抛 光,8 mL HF15 mL HNO377mL H2O 组成的试剂腐蚀后,VHX-600光学显微镜(OM)VEGA3TESACN 型扫描电子 显微镜(SEM)观 察 各 面 的 显 微 组 织 及 微 观 形 貌采用 X-PerpPRO X 线(XRD)底部中部和,,Kα 线,管电压为40kV,管电流40mA,2θ 30°~90°,扫描速率为5 (°min-1GB/T 3075-2008,采用线切割机在成形件的底部顶部分别截取拉伸试样,尺寸如图3所示,拉伸试样 厚度为2 mm,参照 GB/T228-2002,采用 Zwick HB250kN 电液伺服疲劳试验机进行拉伸试验, 0.1kN·s-1,沿x GB/T4340.1-2009,FM-700e度计测试 拉 伸 前 后 试 样 的 显 微 硬 度,10s,载荷为1.96N


2

2.1

4可知:EBSM 成形 Ti-6Al-4V 合金板试 样顶部xOy 面的显微组织均为 α集束和 α 片层交织的网篮组织;顶部在急热和急冷的情况下, α便,循环,α;xOz 的显 微组织为沿初生βαα 片层交织的网篮组,,α 相沿初生β先形;β晶宽度沉积高度的增加出增另外,于试沉积高度仅为10mm,试样在不同沉积高度上的α 片层大小差异较小


由图5可以看出:EBSM 成形 Ti-6Al-4V 合金 试样的 物 相 类 型 不 随 沉 积 高 度 的 变 化 而 发 生 转 ;从底部到顶部,β,着沉积高度的增加,β程中,多次热 循 环 会 使 渐过渡到平 衡 状 态,试 样 底 部 受 的 较多,结构趋于平衡,因此试底部β; ,,,组 织,因 此 试 β


2.2 力学性能与拉伸

由表3可以看出,中部和顶部的拉伸 试样屈服强度和抗拉强度依次升高,但相差不大根据 Hall-Petc 度的重要因素h试关样系顶,晶部粒的尺α寸片是层影较响底合部金的屈细服小强, 屈 服强度较底部的略高;由于试样在不同沉积高度 上的显微组织差异较小,试样在不同高度位置的拉 伸性能差异也较小


由图6可以看出:EBSM 成形 Ti-6Al-4V 合金 拉伸主要,明该断裂为韧;在孔未熔 化的球形粉末在拉伸过程中,孔洞和未熔化的球 粉末内部,的节点,

EBSM 成 形 Ti-6Al-4V xOy 面的 平 均 硬 度 (315 HV)xOy (295HV),xOy α较小,α使;试样高度较 小,不 同 沉 积 高 度 上 的 冷 却 速 率 相 差 不大,α片层厚度差异也不大,使得底部和顶部硬度差异较小在经过拉伸试验后,顶部xOy 上的平均 硬 度 升 高 到 约 326 HV,Ti-6Al-4V 合 金 试样经过拉伸后产生了应变硬化使得试样硬度有 所提高,但应变硬化程度并不显著,拉伸前后的硬 度差异较小

3 结 论

(1)EBSM 成形 Ti-6Al-4V 合金板试样的显微 沿βαα,β;α得粗,α

(2)EBSM Ti-6Al-4V 合金板试样从顶部 中部降低 的趋,,;沿 积方向 不 同 高 度 的 拉 伸 断 口 形 貌 均 表 现 为 韧 性 断裂

(3)EBSM 成 形 Ti-6Al-4V 样 顶 xOy 面的平均硬度(315 HV)略高xOy (295HV);顶部拉由于应变硬化效应,(326HV)


参考文献:

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