| 发布日期：2025-01-04 16:27 点击次数：83
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新一代先进飞机减重和技战术指标要求不断提高对1300MPa级超高强钛合金大型轻量化构件的需求日益提升，然而当前研究主要集中于TC4等中低强度钛合金，激光增材制造超高强钛合金仍面临严峻的强塑性匹配难题。3D打印技术参考注意到，北京航空航天大学王华明院士团队在《中国机械工程学报:增材制造前沿》发表了题为“Microstructure and Mechanical Properties of An Ultrahigh-strength Titanium alloy Ti-4.5Al-5Mo-5V-6Cr-1Nb Prepared Using Laser Directed Energy Deposition and Forging: A Comparative Study”的文章。该文章对比研究了激光定向能量沉积（LDED）和锻造超高强钛合金TB18的组织和力学性能，定量表征了LDED钛合金的微观偏析演化规律，为增材制造高强钛合金性能优化提供指导。1. 论文亮点(1) 分析了LDED超高强钛合金逐层沉积过程中显微组织演化规律。(2) 采用WIRS方法对LDED样品的微观偏析定量表征，发现其微观偏析程度与锻造固溶态相当；(3) 对比研究了LDED与锻件的经相同固溶时效处理后的晶粒、显微组织与室温拉伸性能，分析了组织性能差异的原因，为优化增材制造钛合金强塑性匹配提供指导。2. 结论采用LDED和锻造两种工艺分别制备TB18超高强钛合金Ti–4.5Al–5Mo–5V–6Cr–1Nb (Moeq=14.8) ，对LDED合金进行了500℃/4h, AC去应力退火用于组织性能测试。对LDED和锻造合金进行了870℃/2h, AC + 530℃/4 h, AC固溶时效处理，使用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）等方法对热处理前后显微组织进行了表征，并测试了室温拉伸性能，讨论了两种工艺组织性能差异的原因。使用weighted interval rank sort (WIRS) 方法对LDED沉积态不同区域和两种制备方式下合金固溶态的能谱（EDS）数据进行了微观偏析的分析。3. 结果LDEDed TB18钛合金呈柱状晶与近等轴晶交替排列的混合原始β晶粒形貌，移动熔池在快速凝固过程中形成β单相组织，在后续逐层沉积过程中由于循环热影响作用会析出细小弥散分布的α相。Figure 1Grain morphology and microstructure of the three different zones (zones 1, 2, and 3) on the YOZ section of the LDED TB18 titanium alloy without stress-relieved annealingLDED合金原始组织存在一定的偏析，但远低于平衡凝固（溶质再分配洗漱k→1）；经历20次热循环后，其偏析程度显著降低；在随后的固溶处理后，其微观偏析与锻造合金经历固溶处理后相当。Figure 2 EDS data processed via WIRS method showing the microsegregation of the alloys: top layer (a), N-1 layer (b), N-20 layer (c), and solution-treated sample (d) of the LDEDed alloy; the wrought alloy (e); (f) segregation of Cr in different locations and samples; (g) fitted solute partition coefficients for the top layer and at equilibrium from the literatureLDED合金经历固溶时效热处理后，其组织为超细网篮，α板条为短棒状；锻造合金经历相同热处理后，组织为多尺度α的网篮组织，其α尺寸较LDED合金略大，且存在大量的晶界魏氏组织αWGB。经历固溶时效热处理后， LDED合金强度与锻造合金强度相当，各向异性降低，但塑性较差。前者变形方式主要为沿晶断裂。锻件良好的强塑性匹配与其多尺度α网篮组织和晶界魏氏组织αWGB有关。优化热处理工艺消除LDED样品的连续晶界α相是提高其强塑性匹配的关键。Figure 3 Microstructure of the aged alloys: (a)–(c) LDEDed alloy and (d)–(f) wrought alloy4. 结论(1) LDEDed TB18合金呈交替柱状和等轴原始β晶粒；沉积态样品由上至下分为三个区域，微观组织由单一的β固溶体转变为α棒状条状组织，αGB析出。在热循环效应和固溶时效处理过程中，晶粒尺寸和形貌保持稳定。(2) LDEDed合金凝固速度快，偏析受到限制。经过20次热循环和固溶处理，偏析基本消除。(3) 经固溶和时效处理后，合金具有超细的篮织组织。然而，锻造合金中的α条是多尺度的，具有粗长α，而LDEDed合金中的α条是均匀的细短棒。此外，变形合金αWGB含量较高。两种合金之间的差异可以归因于KAM图中显示的位错密度。(4) 固溶时效处理后，LDEDed合金的抗拉强度有所提高，但塑性受到限制。断口为沿晶型，晶粒中有浅韧窝。热处理变形合金表现出较好的塑性，但强度与LDEDed处理合金相当。总的来说，本研究分析了激光增材制造超高强钛合金的组织与性能特点，为该类合金的组织优化和强塑性匹配提升提供了理论指导。注：本文内容来自AMF增材制造前沿，转载已获授权。欢迎转发主编微信：2396747576（请注明身份）; 硕博千人交流Q群：248112776；网址：www.amreference.com1.2.3.4.
