电脉冲处理对3D打印钛合金组织及力学性能的影响

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优化增材制造(3D打印)两相钛合金(α+β)的结构和性能,在科学和工程领域具有重要意义。TC4和TC11合金是国标命名的两种钛合金牌号,在α+β两相钛合金中具有巨大应用价值和广泛应用领域。当脉冲电流经过金属材料时,在材料内产生焦耳热和电子风力,引起再结晶、相变、非晶晶化等现象,从而实现晶粒细化、电致塑性、损伤修复和性能提升。本文结合电脉冲(EPT)工艺特点和增材制造材料存在的问题,对选区激光熔化Ti-6Al-4V(SLM-TC4)和激光熔化沉积Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si(LMD-TC11)两相钛合金进行电脉冲处理,来探究增材制造钛合金的结构和性能优化的可行性。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)电镜、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪等表征设备对电脉冲处理前后微观组织进行系统表证,显微硬度仪、拉伸试验机等检测方法对材料强度和力学性能进行检测,获得主要研究结果如下:采用选区激光熔化技术制备了TC4合金,观察并研究了XOZ、YOZ、XOY面前β晶粒和内部板条α相形成机理。采用电脉冲处理技术对TC4合金进行结构优化处理,发现随着脉冲电压参数的增加,前β柱状晶依次经历边界笔直柱状晶、边界弯曲柱状晶、细小等轴晶和粗大等轴晶的过程,板条α相经历长大粗化和再结晶细化的过程,合金力学性能经历先软化后硬化的过程。合金软化和硬化主要是由板条α相长大粗化、位错密度降低和板条α相再结晶细化引起的。采用激光熔化沉积技术制备了TC11合金,观察并研究了XOZ、YOZ、XOY面熔池、前β晶粒和内部α板条马氏体形成机理。采用电脉冲处理技术对TC11合金进行结构优化处理,发现随着脉冲电压参数的增加,宏观组织依次经历宽带消失、柱状晶变为类等轴晶、等轴晶长大等过程;板条α相经历蟹状马氏体(Crab-likeα)消失、α-lath马氏体细化的过程;合金力学性能中硬度、和拉伸强度经历软化、硬化的过程;L方向(平行于沉积方向)屈服和抗拉强度始终小于T方向(垂直于沉积方向)、塑性则相反;各相异性(L和T差值)变化不大;合金组织结构的变化是由于达到β相变点再结晶引起的,力学性能的差异是合金中织构导致的。
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