大连理工：增材制造颗粒增强Ti6Al4V钛合金组织与力学性能研究

| 3DScienceValley · 2022/09/15

以下文章来源于材料科学与工程，作者材料科学与工程

Ti6Al4V广泛应用于航空航天领域，但较低的硬度和耐磨性限制了其进一步发展。据报道，添加陶瓷颗粒，如SiC、TiB和TiC，可以有效提高Ti6Al4V基体的相应性能。

目前，定向能量沉积技术（DED）是制造TiCp增强Ti6Al4V的最佳方法之一。虽然通过热处理可实现组织调控，但原位组织调控具有更高的灵活性和效率，更具优势。因此，提出电感-激光复合直接能量沉积技术（FEMI-DED）来改善缺陷和原位组织，并对FEMI-DED机理进行深入揭示。大连理工大学机械工程学院吴东江教授课题组，采用DED与FEMI-DED制备了10 wt.% TiCp增强Ti6Al4V，对比分析发现FEMI-DED可以改善TiCp增强Ti6Al4V的组织和力学性能。

https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103087

研究结果

研究结果表明，与DED相比，由FEMI-DED制备的10wt.% TiCp增强Ti6Al4V中的枝晶状TiC（DPT）数量减少，同时形成了大量的颗粒状TiC。TEM显示DPT与α-Ti基体之间的界面为半共格界面，并且存在α- Ti // [1] TiC，(01) α- Ti // (1) TiC取向关系。

图1为FEMI-DED制备的10wt.%TiCp增强Ti6Al4V中树枝状TiC和α-Ti之间的界面：（a）明场图像；（b）TiC和（c）α-Ti的SAED；（d）界面处的HRTEM；（e）对应的FFT衍射图案；（f）对应IFFT图像。

FEMI-DED过程中，感应电流使凝固区域的冷却速率变小，这有利于溶质的扩散和残余应力的释放。熔池后部的温度梯度G减小，生长速率R增加，使得成核倾向增大。另一方面，由于熔池中不均匀的交变电磁力产生的压拉力和剪切力，以及溶质驱动的重熔作用使得TiC发生破碎，从而对复材组织形态实现了有效的调控。

图2（a）DED和FEMI-DED中位于1900K和2050K之间的区域节点处的温度梯度G和生长速率R，以及（b）G和（c）R的统计结果

图3 FEMI-DED中熔池凝固行为示意图

图4 由DED和FEMI-DED制备的复合材料的工程应力-应变曲线

以上研究成果以题为“TiCp reinforced Ti6Al4V of Follow-up Synchronous Electromagnetic Induction-Laser Hybrid Directed Energy Deposition: Microstructure Evolution and Mechanical Properties”发表在Additive manufacturing 期刊。

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