平衡金屬3D打印的強(qiáng)度和延展性

    平衡金屬3D打印的強(qiáng)度和延展性

    與鍛造工藝相比，采用SLM金屬3D打印技術(shù)制造的Ti6Al4V零件一般具有較高的抗壓強(qiáng)度，材料的物理性能差異顯著，塑性變形較弱。這是由空間光調(diào)制器產(chǎn)生的典型微結(jié)構(gòu)造成的。在正常情況下，用金屬材料印制的零件通過(guò)調(diào)質(zhì)處理可以改善外部經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，提高材料的塑性。

    本文將詳細(xì)介紹的科研項(xiàng)目來(lái)自諾丁漢大學(xué)，其科研團(tuán)隊(duì)采用獨(dú)特的快速調(diào)質(zhì)處理方法，將金屬3D打印的Ti6Al4V延伸率提高到16%以上，完成了抗壓強(qiáng)度和塑性變形的平衡。

    科研人員制作的標(biāo)本直徑8毫米，長(zhǎng)度60毫米，采用EOSM290立式底座鋼板制作。根據(jù)測(cè)試，雖然印刷狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度為1240兆帕，但抗拉強(qiáng)度僅為5.2%(一般高于數(shù)據(jù)信息)，不能滿足ASTM  MF  3001/14的要求。基本應(yīng)力消除淬火后，塑性變形增加到11%左右，但仍低于標(biāo)準(zhǔn)。科研小組選擇了獨(dú)特的快速調(diào)質(zhì)處理方法，發(fā)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度可達(dá)16%以上，屈服應(yīng)力和極限抗壓強(qiáng)度仍在可接受的范圍內(nèi)。

    TC4印刷鈦的特性、原位應(yīng)力淬火、美國(guó)材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及其快速淬火和回火標(biāo)準(zhǔn)

    作者的數(shù)據(jù)分析了TC4鈦晶體在印刷狀態(tài)和快速調(diào)質(zhì)處理后的規(guī)格變化。研究發(fā)現(xiàn)，快速調(diào)質(zhì)處理后，新相的晶粒尺寸減小，由印刷狀態(tài)的粗大柱狀晶引起的傾向晶粒尺寸消失。經(jīng)過(guò)快速淬火和回火處理后，樣品中大視角位錯(cuò)比例增加，加工硬化發(fā)生在預(yù)兆

    印刷條件和快速熱處理標(biāo)準(zhǔn)下的拉伸曲線

    通過(guò)對(duì)Ti6Al4V印刷態(tài)、調(diào)質(zhì)態(tài)和鍛造試樣的檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)快速調(diào)質(zhì)處理能平衡金屬3D印刷鈦合金的抗壓強(qiáng)度和塑性，不易危及其拉伸性能。

    綜上所述，經(jīng)過(guò)快速調(diào)質(zhì)處理后，SLM制備的TC4鈦合金的抗壓強(qiáng)度略有降低，但抗拉強(qiáng)度有了很大提高，新相晶體的規(guī)格得到了優(yōu)化，這對(duì)提高TC4鈦合金的疲勞和沖擊韌性極為有利。

    科學(xué)研究中明確提出的調(diào)質(zhì)方法，為添加劑制造的產(chǎn)品提供了獲得準(zhǔn)等軸晶的概念。還可應(yīng)用于不銹鋼板和鎳基耐熱合金的淬火和回火處理，以減少添加劑制造工藝帶來(lái)的傾向性問(wèn)題，提高材料的疲勞極限。