墨爾本理工大學(xué)：超細(xì)晶粒高強(qiáng)度鈦合金3D打印材料

來(lái)源：材料人  

3D打印正在挑戰(zhàn)傳統(tǒng)制造工藝對(duì)高復(fù)雜性和低材料浪費(fèi)產(chǎn)品的主導(dǎo)地位。通過(guò)3D打印制造的鈦合金已經(jīng)用于各種行業(yè)。但是，熔融金屬增材制造工藝，特別是在鈦合金中，固有的高冷卻速率和高熱梯度通常會(huì)導(dǎo)致非常精細(xì)的微觀結(jié)構(gòu)，并趨向于幾乎完全是柱狀晶粒。因?yàn)樘砑又圃斓拟伋煞种械闹鶢铑w粒會(huì)導(dǎo)致機(jī)械性能的各向異性，因此是不希望的。通過(guò)對(duì)增材加工工藝參數(shù)的優(yōu)化，很難改變條件促進(jìn)鈦晶粒等軸生長(zhǎng)。與其他常見(jiàn)的工程合金（例如鋁）相比，目前還沒(méi)有商業(yè)化的鈦晶粒細(xì)化劑能夠有效地細(xì)化組織。

在皇家墨爾本理工大學(xué)Mark A. Easton教授和俄亥俄州立大學(xué)Hamish L. Fraser教授團(tuán)隊(duì)（共同通訊作者）帶領(lǐng)下，與英聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組織（CSIRO）、昆士蘭大學(xué)和內(nèi)華達(dá)大學(xué)合作，報(bào)告鈦銅合金的發(fā)展，這種鈦銅合金具有較高的組織過(guò)冷能力，這是由于凝固過(guò)程中合金元素的分配所致，它可以克服激光中高熱梯度的負(fù)面影響。增材制造過(guò)程中的熔化區(qū)域。無(wú)需任何特殊的工藝控制或其他處理，打印的鈦銅合金試樣具有完全等軸的細(xì)晶粒組織。與在類(lèi)似加工條件下的常規(guī)合金相比，它們還顯示出有出色的力學(xué)性能，如高屈服強(qiáng)度和均勻的伸長(zhǎng)率，這歸因于利用了高冷卻速率和多次熱循環(huán)而形成超細(xì)共析微結(jié)構(gòu)。我們預(yù)計(jì)該方法將適用于其他形成共析金屬的合金系統(tǒng)，并將在航空航天和生物醫(yī)學(xué)行業(yè)中得到應(yīng)用。相關(guān)成果以題為“Additive manufacturing of ultrafine-grained high-strength titanium alloys”發(fā)表在了Nature。

圖文導(dǎo)讀

圖1 Ti-6Al-4V和Ti-8.5Cu合金的3D打印

圖2 Ti-8.5Cu合金的SEM表征

圖3 3D打印的Ti-8.5Cu合金的TEM表征

圖4 3D打印后Ti-Cu合金的機(jī)械性能

文獻(xiàn)鏈接：Additive manufacturing of ultrafine-grained high-strength titanium alloys（Nature，2019，DOI:10.1038/s41586-019-1783-1）