【摘 要】
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本研究以气体雾化法制得的TC4钛合金球形粉末为原料,使用激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术制备盒状TC4钛合金构件并进行退火热处理,通过一系列的显微组织表征与力学性能测量,研究距离基板不同高度位置与距离中心线不同宽度位置材料组织和性能的变化,旨在探究不同成形位置对材料显微组织和力学性能的影响,为制备综合力学性能良好的激光选区熔化TC4钛合金构件提供数据支持。
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本研究以气体雾化法制得的TC4钛合金球形粉末为原料,使用激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术制备盒状TC4钛合金构件并进行退火热处理,通过一系列的显微组织表征与力学性能测量,研究距离基板不同高度位置与距离中心线不同宽度位置材料组织和性能的变化,旨在探究不同成形位置对材料显微组织和力学性能的影响,为制备综合力学性能良好的激光选区熔化TC4钛合金构件提供数据支持。结果表明:SLM成形TC4钛合金退火后横截面的显微组织由具有一定取向的长条状α相的晶团组成,纵截面由原始β柱状晶内部析出的长条状α相组成,α相片层长度集中在50~100μm之间,宽度集中在0.2~2μm之间。Ti、Al、V元素在材料内部的分布均匀,不同位置区域氧元素含量均不高于0.12%。材料致密度大于99%,少量孔洞缺陷的等效直径在2~12 μm之间。通过XRD与EBSD分析,在垂直于试样生长方向的截面上发现了α相(102)和(110)晶面的择优生长,在远离基板的顶部区域与远离中心线的转角区域,晶面的择优生长最为明显。距离基板不同高度位置材料显微组织与力学性能存在差异,顶部区域由于冷却速度较快α相片层较为细小,底部区域由于热量的富集α相片层宽度以及α相晶团尺寸较大。在α相片层细化的作用下,远离基板的顶部区域表现出了最优的力学性能:屈服强度965 MPa,抗拉强度1043 MPa,断裂延伸率11.1%。接近基板的底部区域屈服强度和抗拉强度稍低,断裂延伸率明显降低,为8.1%。距离中心线不同宽度位置材料的显微组织与力学性能无明显差异,材料芯部、边缘、转角区域α相片层宽度基本相同。在远离中心线的转角区域,材料的强度有微小提高,其抗拉强度达到1054 MPa。在靠近中心线的芯部和边缘区域,材料的塑性有微小提升,其断裂延伸率接近10%。SLM成形过程中产生的原始β柱状晶组织影响材料的各向异性,柱状晶界对位错的运动以及长条状α相协调变形的阻碍作用,使得材料在不同拉伸方向上呈现出不同的力学性能,当拉伸方向垂直于试样生长方向时,材料的强度较高但塑性一般。当拉伸方向平行于试样生长方向时,材料的强度一般但塑性较好。
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