大幅提升塑性！快速熱處理細化增材制造合金晶粒

來源： 材料科學網(wǎng)

鈦合金增材制造通常因為外延生長使得晶粒沿打印方向形成粗大的柱狀晶，導致材料的力學性能具有明顯的各向異性。本論文中提出一種快速熱處理（RHT）方法，將TC4鈦合金加熱到β固相轉(zhuǎn)變線溫度以上，并快速冷卻使得原始粗大β晶粒發(fā)生細化，形成了α+β雙相組織，既保證了TC4鈦合金的強度，又大幅提升了延伸率。同時討論了晶粒細化機理。相關(guān)論文以題為“Refinement of the grain structure of additive manufactured titanium alloys via epitaxial recrystallization enabled by rapidheat treatment”發(fā)表在Scripta Materialia。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.01.027

作者對比分析了沉積態(tài)和快速熱處理SLM制備的TC4鈦合金晶粒尺寸變化。發(fā)現(xiàn)經(jīng)過快速熱處理后初生β相的晶粒尺寸變小，沉積態(tài)由于粗大柱狀晶產(chǎn)生的取向織構(gòu)也消失了。RHT處理后樣品中的大角度晶界比例增加，預示著其發(fā)生了再結(jié)晶。通過分析發(fā)現(xiàn)，RHT處理后形成的新β相在α/β界面形成，而新形成的β相是通過初生β相通過固相外延結(jié)晶長大形成，并且與初生β相或者α相存在Burger’s位向關(guān)系。

圖1沉積態(tài)和RHT處理后晶粒和取向差變化

圖2α相和β相對應(yīng)的IPF取向圖以及對應(yīng)晶粒的極圖取向關(guān)系

圖3 不同溫度下同一區(qū)域β相的IPF取向圖

圖4不同溫度下β相極圖計算結(jié)果與測試結(jié)果和RHT處理前后應(yīng)力應(yīng)變曲線

總的來說，經(jīng)過RHT處理后，形成了α+β雙相層片狀組織，與傳統(tǒng)SLM制備的TC4鈦合金相比其強度略有下降，延伸率大幅提升。并且RHT處理后初生β相晶粒尺寸發(fā)生細化，這對于提升TC4鈦合金的疲勞和斷裂韌性極為有利。本研究提出的熱處理方法對于增材制造制件獲得準等軸晶提供了一種思路。并且有可能應(yīng)用到鋼材和鎳基高溫合金熱處理中，減小增材制造工藝所造成的取向問題并提升材料的疲勞強度。