大连理工吴东江团队增材顶刊:颗粒增强钛合金方面取得重要进展!-金属3D打印工厂

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     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,本研究提出电感-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。该工作以题目为“TiCp reinforced Ti6Al4V of Follow-up Synchronous Electromagnetic Induction-Laser Hybrid Directed Energy Deposition: Microstructure Evolution and Mechanical Properties”发表在《Additive manufacturing》。

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论文链接:https://www.sciencedirect.com/sc … i/S2214860422004778

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[10] α- Ti // [1] TiC,(01) α- Ti // (1) TiC取向关系。

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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。

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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

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图3 FEMI-DED中熔池凝固行为示意图

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图4由DED和FEMI-DED制备的复合材料的工程应力-应变曲线

(责任编辑:admin)

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