來源:長三角G60激光聯(lián)盟
導讀:據(jù)悉,,鈦合金具有密度低、比強度高,、耐腐蝕性好等優(yōu)點,在航空航天、汽車,、醫(yī)藥等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為了滿足輕量化和高性能的要求,,基于“離散+積累”原理開發(fā)的激光輔助增材制造(LAAM)技術(shù)在鈦結(jié)構(gòu)件制造中逐漸顯示出廣闊的應(yīng)用前景,。LAAM鈦合金的典型微觀結(jié)構(gòu)是外延生長的柱狀晶粒。這種微觀結(jié)構(gòu)特征導致了強烈的<001>織構(gòu),,這通常被認為是各向異性力學性能甚至強度降低的主要原因,。
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2022-10-24 21:28 上傳
原位鎳合金化對LAAM Ti-6Al-4V合金的顯微組織有四種影響。(i)鎳增材能顯著細化β晶粒,。(ii)鎳增材可明顯誘導球狀α相的形成,。(iii)鎳增材可以誘導Ti2Ni納米顆粒的沉淀。(iv)Ni是一種著名的β-穩(wěn)定劑,,它可以顯著增加β相的體積分數(shù),。室溫拉伸結(jié)果表明,隨著鎳增材量的增加,,機械強度增加,,伸長率幾乎呈線性下降。采用改進的數(shù)學模型對強化機理進行定量分析,。結(jié)果表明,,在本研究中,α板條相和固體溶質(zhì)對LAAM構(gòu)建的Ti-6Al-4V-xNi合金的整體屈服強度貢獻最大,。
在《International Journal of Extreme Manufacturing》(IF:10.036)上發(fā)表的一篇新論文中,,一個聯(lián)合研究團隊,包括新加坡制造技術(shù)研究所的Youxiang Chew博士,、Fei Weng,博士,、Chaolin Tan博士和Zhenglin Du博士,以及廣東智能制造研究所的Guijun博士,,采用原位鎳合金化方法對LAAM-Ti-6Al-4V合金進行了微觀結(jié)構(gòu)調(diào)整,,提高了合金的強度。鎳在AM構(gòu)建的Ti–6Al–4V合金上增材的內(nèi)在機制已得到很好的確定,,這有助于促進AM定制鈦合金的開發(fā),。
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實驗細節(jié)
鎳增材對LAAM Ti-6Al-4V合金的顯微組織有以下四種影響:(i)隨著鎳含量的增加,LAAM Ti-6 Al-4V-xNi的前β晶粒形態(tài)逐漸由柱狀變?yōu)榈容S狀,,尺寸先減小后增大,。(ii)隨著鎳含量的增加,形成更多球狀α相,。(iii)鎳增材誘導Ti2Ni納米顆粒沉淀,。(iv)鎳增材增加了β相的含量,,而降低了α相的含量。因為它是一種β-穩(wěn)定元素,。因此,,LAAM Ti-6Al-4V-xNi合金的屈服強度和抗拉強度隨Ni含量的增加呈線性增加,而塑性則呈相反的趨勢,。
首席研究員之一Bi Guijun博士表示,,“激光輔助增材制造(LAAM)技術(shù)以粉末喂料為特征,可以實時調(diào)整化學元素的含量,,實現(xiàn)原位合金化,在闡明合金元素效應(yīng)和開發(fā)定制合金方面具有顯著優(yōu)勢,�,!�
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先驗β晶粒的OM觀測及定量統(tǒng)計結(jié)果。(a) Ti–6Al–4V; (b) Ti–6Al–4V–1.1Ni; (c) Ti–6Al–4V–1.7Ni; and (d) Ti–6Al–4V–2.5Ni.
鎳元素在鈦合金中有增大成分過冷度的大趨勢,,通常會導致鑄件中嚴重的宏觀偏析,。第一作者Shang Sui博士解釋說:“LAAM工藝中的冷卻速度可以達到103-105°C/s,顯著抑制宏觀元素的偏析,。因此,,共析元素Ni對鑄件來說并不理想,通過控制其含量,,可能適合于LAAM處理的鈦合金,。”
Fei Weng博士解釋道:“與鎳元素類似,,銅也是共析元素,,不適合鑄造鈦合金。然而,,最近在《Nature》雜志上發(fā)表的文章表明,,添加銅可以促進超細晶粒的形成,并在添加金屬的鈦合金中產(chǎn)生高強度,�,!�
本研究詳細研究了微觀結(jié)構(gòu)演變和強度增強的基本機制。終止質(zhì)量遷移理論表明,,元素在α相和β相之間的擴散是α相球化的主要驅(qū)動力,。此外,還采用了改進的強化模型來定量計算屈服強度,。定量分析表明,,精制α板條相和固體溶質(zhì)的強化作用對LAAM制備的Ti-6Al-4V-xNi(x=0,1.1,,1.7,,2.5 wt.%)合金的整體屈服強度起主導作用,。
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TEM檢測到LAAM構(gòu)建的Ti–6Al–4V–xNi(x=1.1,2.5 wt.%)合金的結(jié)果,。(a) Ti–6Al–4V–1.1Ni合金中的Ti2Ni納米顆粒,。(b) Ti–6Al–4V–2.5Ni合金中的Ti2Ni納米顆粒。
此外,,鎳是一種β-穩(wěn)定元素,,將在β相富集。β相中的大量固溶體鎳原子顯著提高了其強度,,同時降低了材料的變形能力,。考慮到鈦合金中α相和β相交替排列,,β相變形能力的惡化限制了α相的變形,,導致伸長率降低。
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LAAM構(gòu)建Ti–6Al–4V–xNi(x=0,,1.1,,1.7,2.5 wt.%)合金的斷口分析,。
來源:Study of the intrinsic mechanisms of nickel additive for grain refinement and strength enhancement of laser aided additively manufactured Ti–6Al–4V, International Journal of Extreme Manufacturing, 10.1088/2631-7990/ac6b61
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