硼對激光增材制造TC4微觀組織及力學性能的影響
發(fā)布時間：2022-01-14 03:48
在TC4粉中加入不同含量的硼粉進行激光增材制造試驗,研究了硼對激光增材制造TC4鈦合金微觀組織及力學性能的影響。結(jié)果表明:添加微量硼可以有效細化原始柱狀晶和晶內(nèi)的板條α相;當硼的質(zhì)量分數(shù)為0.05%時,原始β柱狀晶的生長被限制,柱狀晶的寬度明顯減小;當硼的質(zhì)量分數(shù)為0.1%時,原始柱狀晶大量轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶,晶內(nèi)板條α集束的尺寸減小;對比沒有添加硼的激光增材制造TC4,TC4-0.05B的塑性明顯提高,但強度的變化不明顯;沉積態(tài)和固溶時效態(tài)TC4-0.05B力學性能的各向異性都較小。
【文章來源】：中國激光. 2020,47(06)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
激光增材制造的原理
成形試樣經(jīng)Kroll試劑腐蝕后,利用VH-600光學顯微鏡(OM)和TESCAN MIRA 3 LMH型掃描電鏡(SEM)進行顯微組織觀察,并統(tǒng)計晶粒的平均尺寸,分析硼對TC4微觀組織的影響。利用D8 ADVANCE型X射線衍射儀分析試樣的物相構成。利用HXD-2000TM/LCD顯微硬度計、INSTRON材料試驗機分別測試試樣的顯微硬度和拉伸性能,硬度測試加載的載荷為1.96 N。由于激光增材制造TC4存在各向異性,因此在豎直(Z)和水平(XY)方向上分別成形拉伸試樣。拉伸試樣示意圖如圖2所示。3 結(jié)果和討論
關于硼細化鈦合金晶粒的機理,多數(shù)研究人員認為:一方面,在金屬凝固過程中,硼元素經(jīng)過流動和擴散在凝固前沿富集,因此會在固液界面處形成成分過冷區(qū),從而提高了晶體的形核率;另一方面,硼元素在基體內(nèi)分布不均,導致局部區(qū)域濃度較高,促進了共晶反應的發(fā)生,生成了高熔點的TiB,TiB作為形核質(zhì)點進一步提高了形核率,最終達到了細化晶粒的目的[11-13]。不同硼含量的激光增材制造TC4鈦合金的微觀組織如圖3所示。當不含硼時,微觀組織為粗大的原始β柱狀晶,寬度為200～250 μm,α相沿晶界連續(xù)析出,晶內(nèi)組織由針狀α板條和少量的板條間β構成,同時也存在少量的等軸α相。這種類似于馬氏體的針狀α主要是在快速冷卻的條件下由β相轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的。當TC4中含有質(zhì)量分數(shù)為0.05%的硼時,原始柱狀晶的寬度明顯減小,但由于硼含量較低,所以很難直接觀察到硼或TiB的形態(tài)和分布情況;此外,晶界α不再連續(xù)析出,而是逐漸斷裂破碎轉(zhuǎn)變成球形。文獻[14-16]分別針對板條α的破碎球化現(xiàn)象進行了研究,并提出了表面張力擾動模型、晶界分離模型以及板條狀結(jié)構末端物質(zhì)遷移模型,用以揭示α球化的機制。當硼的質(zhì)量分數(shù)增加到0.075%時,原始柱狀晶的寬度進一步下降,TiB沿著晶界少量析出,且呈不連續(xù)狀。當硼的質(zhì)量分數(shù)增加到0.1%時,原始柱狀晶完全轉(zhuǎn)變成細小的等軸晶,TiB沿著晶界大量析出,并呈網(wǎng)狀分布。圖4給出了隨著硼的加入,激光增材制造TC4鈦合金室溫α相的尺寸變化。對比不含硼的TC4,TC4-0.05B、TC4-0.075B和TC4-0.1B的微觀組織均得到了明顯的細化(尤其是α相的長度顯著減小),而且硼含量越高,細化越明顯。另外,利用ImageJ圖像處理軟件手動統(tǒng)計了不同硼含量合金微觀組織中α相的尺寸,每種合金分別隨機選取50個α相,對其長和寬進行手動測量,分析硼的加入對α相長寬比δ的影響。δ越小,說明微觀組織的等軸度越高,相應的力學性能越好。圖4(b)表明,微量硼(0.05%)對降低TC4鈦合金微觀組織的長寬比、提高等軸度具有正面作用。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]感應加熱輔助變質(zhì)劑硼細化激光熔覆沉積TC4晶粒的研究[J]. 梁朝陽,張安峰,李麗君,王豫躍,張金智,王宏. 中國激光. 2018(07)
[2]激光選區(qū)熔化成形TC4鈦合金熱處理后微觀組織和力學性能[J]. 肖振楠,劉婷婷,廖文和,張長東,楊濤. 中國激光. 2017(09)
[3]少量硼對鈦合金組織影響的研究進展[J]. 黃立國,高志玉,付大軍. 材料導報. 2015(21)
[4]激光立體成形TC4鈦合金組織和力學性能研究[J]. 李靜,林鑫,錢遠宏,黃衛(wèi)東. 中國激光. 2014(11)
[5]添加微量B元素對鑄造TC4鈦合金顯微組織和力學性能的影響[J]. 包淑娟. 鈦工業(yè)進展. 2012(04)
[6]稀土釹對激光快速成形TC4合金組織及性能的影響[J]. 張鳳英,陳靜,譚華,林鑫,黃衛(wèi)東. 稀有金屬材料與工程. 2007(08)
本文編號：3587744
【文章來源】：中國激光. 2020,47(06)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
激光增材制造的原理
成形試樣經(jīng)Kroll試劑腐蝕后,利用VH-600光學顯微鏡(OM)和TESCAN MIRA 3 LMH型掃描電鏡(SEM)進行顯微組織觀察,并統(tǒng)計晶粒的平均尺寸,分析硼對TC4微觀組織的影響。利用D8 ADVANCE型X射線衍射儀分析試樣的物相構成。利用HXD-2000TM/LCD顯微硬度計、INSTRON材料試驗機分別測試試樣的顯微硬度和拉伸性能,硬度測試加載的載荷為1.96 N。由于激光增材制造TC4存在各向異性,因此在豎直(Z)和水平(XY)方向上分別成形拉伸試樣。拉伸試樣示意圖如圖2所示。3 結(jié)果和討論
關于硼細化鈦合金晶粒的機理,多數(shù)研究人員認為:一方面,在金屬凝固過程中,硼元素經(jīng)過流動和擴散在凝固前沿富集,因此會在固液界面處形成成分過冷區(qū),從而提高了晶體的形核率;另一方面,硼元素在基體內(nèi)分布不均,導致局部區(qū)域濃度較高,促進了共晶反應的發(fā)生,生成了高熔點的TiB,TiB作為形核質(zhì)點進一步提高了形核率,最終達到了細化晶粒的目的[11-13]。不同硼含量的激光增材制造TC4鈦合金的微觀組織如圖3所示。當不含硼時,微觀組織為粗大的原始β柱狀晶,寬度為200～250 μm,α相沿晶界連續(xù)析出,晶內(nèi)組織由針狀α板條和少量的板條間β構成,同時也存在少量的等軸α相。這種類似于馬氏體的針狀α主要是在快速冷卻的條件下由β相轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的。當TC4中含有質(zhì)量分數(shù)為0.05%的硼時,原始柱狀晶的寬度明顯減小,但由于硼含量較低,所以很難直接觀察到硼或TiB的形態(tài)和分布情況;此外,晶界α不再連續(xù)析出,而是逐漸斷裂破碎轉(zhuǎn)變成球形。文獻[14-16]分別針對板條α的破碎球化現(xiàn)象進行了研究,并提出了表面張力擾動模型、晶界分離模型以及板條狀結(jié)構末端物質(zhì)遷移模型,用以揭示α球化的機制。當硼的質(zhì)量分數(shù)增加到0.075%時,原始柱狀晶的寬度進一步下降,TiB沿著晶界少量析出,且呈不連續(xù)狀。當硼的質(zhì)量分數(shù)增加到0.1%時,原始柱狀晶完全轉(zhuǎn)變成細小的等軸晶,TiB沿著晶界大量析出,并呈網(wǎng)狀分布。圖4給出了隨著硼的加入,激光增材制造TC4鈦合金室溫α相的尺寸變化。對比不含硼的TC4,TC4-0.05B、TC4-0.075B和TC4-0.1B的微觀組織均得到了明顯的細化(尤其是α相的長度顯著減小),而且硼含量越高,細化越明顯。另外,利用ImageJ圖像處理軟件手動統(tǒng)計了不同硼含量合金微觀組織中α相的尺寸,每種合金分別隨機選取50個α相,對其長和寬進行手動測量,分析硼的加入對α相長寬比δ的影響。δ越小,說明微觀組織的等軸度越高,相應的力學性能越好。圖4(b)表明,微量硼(0.05%)對降低TC4鈦合金微觀組織的長寬比、提高等軸度具有正面作用。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]感應加熱輔助變質(zhì)劑硼細化激光熔覆沉積TC4晶粒的研究[J]. 梁朝陽,張安峰,李麗君,王豫躍,張金智,王宏. 中國激光. 2018(07)
[2]激光選區(qū)熔化成形TC4鈦合金熱處理后微觀組織和力學性能[J]. 肖振楠,劉婷婷,廖文和,張長東,楊濤. 中國激光. 2017(09)
[3]少量硼對鈦合金組織影響的研究進展[J]. 黃立國,高志玉,付大軍. 材料導報. 2015(21)
[4]激光立體成形TC4鈦合金組織和力學性能研究[J]. 李靜,林鑫,錢遠宏,黃衛(wèi)東. 中國激光. 2014(11)
[5]添加微量B元素對鑄造TC4鈦合金顯微組織和力學性能的影響[J]. 包淑娟. 鈦工業(yè)進展. 2012(04)
[6]稀土釹對激光快速成形TC4合金組織及性能的影響[J]. 張鳳英,陳靜,譚華,林鑫,黃衛(wèi)東. 稀有金屬材料與工程. 2007(08)
本文編號：3587744
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