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增材制造过程中促进钛合金的柱状到等轴过渡和晶粒细化

2019/3/2 22:38:53人浏览

对于金属增材制造,尤其是钛合金,柱状晶的形成由于会导致机械性能的各相异性,因此一直希望避免。故促使柱状晶向等轴晶演化(CET),获得具有各相同性的晶粒细化的等轴晶获得了极大的关注。获得等轴晶主要通过调节过程参数,例如温度梯度(G),S/L界面生长速率(R),冷却速率进行制造。并且合金成分也是影响等轴晶形成的主要因素。

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为了使CET发生,过冷液体必须存在于柱状前端之前,以使大部分等轴晶粒形核或使分离的固体碎片或未熔化的粉末存活和生长。过冷(ΔTCS)溶质产生ΔTCS的速率由生长限制因子Q决定,其中具有大Q值的溶质快速产生ΔTCS并且被认为是可以提供有效晶粒细化的生长限制溶质。Ti-6Al-4V中的Al和V溶质不提供ΔTCS (Al和V溶质在Ti 中具有可忽略的Q值),因此Ti-6Al-4V在AM期间难以实现CET。

近日,昆士兰大学M.J. Bermingham(第一兼通讯作者)在Acta Materialia发表题为“Promoting the columnar to equiaxed transition and grain refinement of titanium alloys during additive manufacturing”的文章。研究人员对基于丝材增材制造过程中凝固的热力学条件进行了表征,并探索了合金成分对等轴晶形成的作用(β-Ti在La2O3形核,实现了显着的细化和等轴晶粒形成) 。由于热环境是动态的,只有当温度梯度充分降低以允许组分过冷时才能实现等轴晶粒形成。