在TC4粉中加入不同含量的硼粉進(jìn)行激光增材制造試驗(yàn),研究了硼對(duì)激光增材制造TC4鈦合金微觀組織及力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:添加微量硼可以有效細(xì)化原始柱狀晶和晶內(nèi)的板條α相;當(dāng)硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%時(shí),原始β柱狀晶的生長(zhǎng)被限制,柱狀晶的寬度明顯減小;當(dāng)硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%時(shí),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(duì)比沒(méi)有添加硼的激光增材制造TC4,TC4-0.05B的塑性明顯提高,但強(qiáng)度的變化不明顯;沉積態(tài)和固溶時(shí)效態(tài)TC4-0.05B力學(xué)性能的各向異性都較小。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)激光. 2020,47(06)北大核心EICSCD

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【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(xué)顯微鏡(OM)和TESCAN MIRA 3 LMH型掃描電鏡(SEM)進(jìn)行顯微組織觀察,并統(tǒng)計(jì)晶粒的平均尺寸,分析硼對(duì)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(gòu)成。利用HXD-2000TM/LCD顯微硬度計(jì)、INSTRON材料試驗(yàn)機(jī)分別測(cè)試試樣的顯微硬度和拉伸性能,硬度測(cè)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(guān)于硼細(xì)化鈦合金晶粒的機(jī)理,多數(shù)研究人員認(rèn)為:一方面,在金屬凝固過(guò)程中,硼元素經(jīng)過(guò)流動(dòng)和擴(kuò)散在凝固前沿富集,因此會(huì)在固液界面處形成成分過(guò)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(dǎo)致局部區(qū)域濃度較高,促進(jìn)了共晶反應(yīng)的發(fā)生,生成了高熔點(diǎn)的TiB,TiB作為形核質(zhì)點(diǎn)進(jìn)一步提高了形核率,最終達(dá)到了細(xì)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(dāng)不含硼時(shí),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(gòu)成,同時(shí)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(dāng)TC4中含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%的硼時(shí),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(xiàn)[14-16]分別針對(duì)板條α的破碎球化現(xiàn)象進(jìn)行了研究,并提出了表面張力擾動(dòng)模型、晶界分離模型以及板條狀結(jié)構(gòu)末端物質(zhì)遷移模型,用以揭示α球化的機(jī)制。當(dāng)硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到0.075%時(shí),原始柱狀晶的寬度進(jìn)一步下降,TiB沿著晶界少量析出,且呈不連續(xù)狀。當(dāng)硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到0.1%時(shí),原始柱狀晶完全轉(zhuǎn)變成細(xì)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(duì)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(xì)化(尤其是α相的長(zhǎng)度顯著減小),而且硼含量越高,細(xì)化越明顯。另外,利用ImageJ圖像處理軟件手動(dòng)統(tǒng)計(jì)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(jī)選取50個(gè)α相,對(duì)其長(zhǎng)和寬進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量,分析硼的加入對(duì)α相長(zhǎng)寬比δ的影響。δ越小,說(shuō)明微觀組織的等軸度越高,相應(yīng)的力學(xué)性能越好。圖4(b)表明,微量硼(0.05%)對(duì)降低TC4鈦合金微觀組織的長(zhǎng)寬比、提高等軸度具有正面作用。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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