研究人员工程师L-PBF生产的Ti合金的相位分数

在最近发表在《杂志》上的文章中添加剂制造，研究人员讨论了使用原位合金的双相TI-AL-V-FE合金的激光粉末融合（L-PBF）微结构工程。

学习：双相Ti-al-V-FE合金的微结构工程通过激光粉床融合期间的原位合金。图片来源：Javier Ruiz/Shutterstock.com

背景

在过去十年中，在添加剂制造（AM）中使用金属粉末来创建具有接近净形状的复杂结构的组件。由于其出色的焊接性，钛合金（TI）合金通过L-PBF（尤其是TI-6AL-4V（TI64））制造的合金吸引了在航空航天和生物医学行业中使用的很大兴趣。

L-PBF生产的Ti64表现出层次结构的形成。工程微观结构和相位分数已引起人们对增强机械特性的广泛关注。同时，使用混合粉末（包括β-固定剂而不是合成的粉末），在L-PBF工艺过程中生产具有不同微结构和相位分数的Ti合金的替代技术正在出现。

对于各种应用，印刷零件显示了广泛的机械特性。利用L-PBF作为混合粉末的原料提供了足够的灵活性，可以构建具有各种可能构图的创新Ti合金。抗疲劳性受到保留的硬Mo颗粒的存在对疲劳性的影响。欧洲杯猜球平台Cu颗粒欧洲杯猜球平台增强了用于硬组织植入物的印刷合金的抗菌特性₂。文献中的大多数出版物都集中在粉末组合化学构成及其如何影响相位分数上。

但是，元素的分布对连接微观结构的机械特性有重大影响。对于Fe修饰的Ti64合金，仍然很少研究激光生产参数与剩余的微观结构之间的关系。

关于研究

在这项研究中，作者展示了如何使用由TI-6AL-4V和3 wt％Fe颗粒的粉末混合LPBF产生的Ti合金的相位分数。欧洲杯猜球平台通过更改激光参数，所产生的微观结构从α主导的微结构转变为几乎完整的β-主导微观结构。

该团队推断在典型的L-PBF处理的高冷却速率下β-稳定器Fe的空间分布可能与使用X射线荧光，高速操作X射线衍射和电子反向散射衍射有关的微观结构（EBSD）） 分析。不需要后处理热处理，具有大量β相的效果微观结构可实现高强度和改善的延展性。

研究人员探讨了L-PBF激光过程参数如何影响由Ti64和3 wt％Fe颗粒组成的混合粉末的最终微观结构和机械特性。欧洲杯猜球平台随着体积能密度的增加，从β显性占主导地位的微观结构从β占主导地位转变为实际α的微观结构。具有主要β-ATOM的Ti-Aloy实现了出色的机械特性。

这表明了如何使用激光制造参数来构建某些微观结构并为在ti合金中产生功能梯度特性开辟道路。

观察

通过使用温度作为确定冷却速率和扩散长度的函数，揭示了在快速冷却环境下，Fe添加对亚稳态β相稳定性的有效影响。使用由TI-6AL-4V与3 wt％Fe颗粒组成的混合粉末，在5.8 x 10的范围内，亚稳态β-TI相可以稳定在室温下欧洲杯猜球平台⁵至1.1 x 10⁶在L-PBF过程中K/S。

与以低能量密度打印的样品相比，用较高能量密度印刷的样品显示出更强的热循环，其循环更多的峰值温度大于βtransus温度。通过增加能量输入，可以从β占主导地位更改为实际α'。这与Fe的分布和密度有关，FE的分布和密度与过程变量有关。FE在低能密度下不均匀地分布在微观结构中。然而，增加的能量密度会导致更多的Fe丢失，并且在Ti64矩阵中混合了更好的Fe原子，从而导致打印后稳定较小的β-算法较小。

高强度和延展性均通过包含显着β比例的印刷微结构同时实现。当α的相位占主导地位时，强度会增加，但延展性下降。

结论

总之，这项研究展示了一种有效的方法，可以通过在使用混合粉末的同时改变整个L-PBF工艺的激光参数来定制TI6AL4V-FE合金的微结构。在打印过程中，使用高速操作X射线衍射测量相位演变和温度曲线。为了证明能量输入如何影响元素分布和相位分数，检查了标本的微观结构。评估了代表性样品的机械特性。

作者展示了通过添加剂制造设计Ti合金微结构的范式。他们提到，提出的范式使生产定制的微观结构成为可能，并为设计具有功能性梯度属性的指定质量打开了大门。

该小组认为，通过控制处理参数并设计粉末成分，可以通过几种合金系统来扩展提出的方法，以生产L-PBF。

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参考

Chen，M.，Petegem，S.V.，Zou，Z。等。双相Ti-al-V-FE合金的微观结构工程原位在激光粉床融合过程中合金。添加剂制造，103173（2022）。https://www.欧洲杯线上买球sciendirect.com/science/article/pii/s2214860422005620

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