大幅提升塑性！快速熱處理細(xì)化增材制造合金晶粒

來(lái)源： 材料科學(xué)網(wǎng)

鈦合金增材制造通常因?yàn)橥庋由�長(zhǎng)使得晶粒沿打印方向形成粗大的柱狀晶，導(dǎo)致材料的力學(xué)性能具有明顯的各向異性。本論文中提出一種快速熱處理（RHT）方法，將TC4鈦合金加熱到β固相轉(zhuǎn)變線溫度以上，并快速冷卻使得原始粗大β晶粒發(fā)生細(xì)化，形成了α+β雙相組織，既保證了TC4鈦合金的強(qiáng)度，又大幅提升了延伸率。同時(shí)討論了晶粒細(xì)化機(jī)理。相關(guān)論文以題為“Refinement of the grain structure of additive manufactured titanium alloys via epitaxial recrystallization enabled by rapidheat treatment”發(fā)表在Scripta Materialia。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.01.027

作者對(duì)比分析了沉積態(tài)和快速熱處理SLM制備的TC4鈦合金晶粒尺寸變化。發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)快速熱處理后初生β相的晶粒尺寸變小，沉積態(tài)由于粗大柱狀晶產(chǎn)生的取向織構(gòu)也消失了。RHT處理后樣品中的大角度晶界比例增加，預(yù)示著其發(fā)生了再結(jié)晶。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，RHT處理后形成的新β相在α/β界面形成，而新形成的β相是通過(guò)初生β相通過(guò)固相外延結(jié)晶長(zhǎng)大形成，并且與初生β相或者α相存在Burger’s位向關(guān)系。

圖1沉積態(tài)和RHT處理后晶粒和取向差變化

圖2α相和β相對(duì)應(yīng)的IPF取向圖以及對(duì)應(yīng)晶粒的極圖取向關(guān)系

圖3 不同溫度下同一區(qū)域β相的IPF取向圖

圖4不同溫度下β相極圖計(jì)算結(jié)果與測(cè)試結(jié)果和RHT處理前后應(yīng)力應(yīng)變曲線

總的來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)RHT處理后，形成了α+β雙相層片狀組織，與傳統(tǒng)SLM制備的TC4鈦合金相比其強(qiáng)度略有下降，延伸率大幅提升。并且RHT處理后初生β相晶粒尺寸發(fā)生細(xì)化，這對(duì)于提升TC4鈦合金的疲勞和斷裂韌性極為有利。本研究提出的熱處理方法對(duì)于增材制造制件獲得準(zhǔn)等軸晶提供了一種思路。并且有可能應(yīng)用到鋼材和鎳基高溫合金熱處理中，減小增材制造工藝所造成的取向問(wèn)題并提升材料的疲勞強(qiáng)度。