南京工業大學團隊采用PREP工藝制備高品質鈦合金粉末

近日，南京工業大學鈦合金材料基礎研究團隊提出一種新型采用激光熔融沉積技術制備的Ti-Fe合金，其中添加適量的B以實現對增材制造鈦合金組織的調控，促進等軸晶的形成，有效克服因鈦合金增材制造凝固過程自發形核不足而產生柱狀晶的問題，同時分別采用鑄造、鍛造的方式制備了該合金，對比發現激光沉積制得Ti-Fe-B合金具有更優的力學性能，其中抗拉強度達到779MPa，分別達到鍛造合金抗拉強度的1.5倍，鑄造合金抗拉強度的1.7倍（如圖1所示）。

圖1  不同制造工藝下Ti-Fe-B合金的應力應變曲線(a)和力學性能(b)

該研究認為Ti-Fe-B合金在鑄造凝固過程中生成TiB相，并在較低的冷卻速率下，生長為寬大的針狀組織；在鍛造過程中，由于溫度遠低于TiB相熔點，針狀組織僅在變形過程中發生機械破碎，生成相對較短的組織；而粉末制備過程中，制粉用Ti-Fe-B合金鍛棒經歷重熔以及高冷速下的再結晶過程，雖然鍛棒中的針狀TiB沉淀相分布不均勻，導致僅部分粉末顆粒上可以觀察到TiB相，而富B顆粒則形成網狀組織，但制得的粉末經后處理混勻并在激光熔融沉積時再次熔化，TiB沉淀相得以在微熔池中重新分布，形成一個更加連續、精細的組織（如圖2所示）。

圖2  不同制備方式下Ti-Fe-B合金的宏觀和微觀組織(a, b, c)激光熔融沉積，(d, e)鑄造，(f, g)鍛造

上述研究成果牛京喆博士以《Microstructure and mechanical properties of B modified Ti-Fe alloy manufactured by casting, forging and laser melting deposition》為題，發表在*期刊《Composites Part B》上，該工作由鈦合金基礎研究團隊和南京尚吉應用研究團隊共同完成。

 文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.108854

 上述研究中的激光熔融沉積原料——Ti-Fe-B合金粉末，采用PREP工藝制備，包括粉末材料制備和激光熔融沉積過程均在南京尚吉完成，所用粉末的形貌、粒度分布及微觀組織如圖3、4所示。

圖3  Ti-Fe-B合金粉末顆粒形貌(a)和粒度分布(b)

圖4  PREP工藝制得Ti-Fe-B合金粉末的微觀組織

相關新聞