增材制造Ti-6Al-4V的高强高韧球化热处理

编辑整理：高温合金精密成型研究中心2018级硕士-肖郁森

1　前言
SLM制备TC4合金以其独特的制备过程，而具有微观组织如：粗大初生柱状β晶粒，其晶粒内部为细小针状α'马氏体。上述微观组织具有高强、低延展性以及各向异性的力学性能。目前制备钛的延展性最高为12%，远低于传统锻造材料的18-20%，制备钛的力学性能限制了其应用。为提高其综合力学性能，需要加入一定的后处理技术，如激光喷丸、热处理等等。钛合金的传统热处理技术依赖于热锻造的大变形来实现球化，这在以近净成型为特点的SLM中是不可行的。本文提出了全新的热处理工艺实现双态球化组织。

2　研究思路
通过引入独特的热循环机制，实现从层片组织到双态球化组织的转变。本文重点应用了SEM表征工艺不同阶段α相的形状，EPMA表征α与β两相的化学成分区别，TEM表征制备钛的亚结构。

3　图文导读

图一：热循环机制，以975℃和875℃为温度区间，慢冷慢热

图二：975℃和875℃的均值925℃作为恒温热处理（与上述机制形成对比实验）

图三图中箭头所示为制备钛的高密度位错形成的亚晶界。

图四：SEM背散模式

箭头所示为热沟槽现象。

图五：图四的EPMA像

蓝色区域为贫V区，为α相。

图六：热循环中875℃SEM像

α相具有一定的球化特征。

图七：热循环中975℃ SEM像

α相具有一定的球化特征，箭头为热沟槽现象。

图八：热循环中875℃ SEM像

α相具有明显的球化特征。

图九：热循环过程中α相的体积分数

可以观察到α相体积分数在随着热循环过程不断增加。

图十：热循环过程中α相的球型度

随着热循环过程，球型度不断增加。

4　总结
本文通过引入热循环机制，利用制备钛独特的高密度位错与亚晶界等特征，成功实现了从层片组织到双态球化组织的转变。不同于传统热处理的是，热循环机制不需要大变形就可以实现球化，这与增材制造的近净成型完美配合，不失为一种优秀的后处理技术。

来源： 高温合金精密成型研究中心
本文由高温合金精密成型研究中心2018级硕士-肖郁森编辑整理