基于絲材電弧增材制造Ti6Al4V-xB合金的組織性能及模擬.pdf

1、鈦及鈦合金具有高強度、低密度、耐高溫、耐腐蝕、無磁性和良好生物相容性等優(yōu)點被廣泛應用于各個領域，然而傳統(tǒng)的鈦及鈦合金成型工藝需要真空熔煉、鍛造及大量切削等后續(xù)處理，使得材料利用率降低，增加了生產成本，采用增材制造技術可以縮短工藝，提高鈦合金材料的利用率，配以合金成分優(yōu)化，可以提高鈦合金的力學性能?；诖?，本文研究了鈦合金添加微量硼元素結合絲材電弧增材制造技術，并對鈦合金絲材電弧增材制造過程中快速凝固組織的演變進行了模擬。首先，采用高真空

2、非自耗熔煉及吸鑄方法制備不同硼含量的Ti6A14V-xB（wt％，x為0，0.05，0.1，0.5）合金，研究了不同微量硼元素添加對Ti6A14V-xB的鑄造顯微組織及力學性能的影響；其次，采用Ti6A14V及Ti6A14V-0.05B絲材為原料，以電弧為熱源，將鈦合金絲材熔融并逐層堆積實現(xiàn)快速增材制造，研究了鈦合金絲材電弧增材制造的凝固過程、組織形貌和力學性能等；最后，采用元胞自動機-有限元法對Ti6A14V及Ti6A14V-0.05

3、B合金絲材電弧增材制造的快速凝固過程進行模擬計算，進一步探究了絲材電弧增材制造不同階段的固-液轉變、初始β晶形核及生長等機理。通過以上研究，得出以下結果：
　?。?）微量B的添加影響了鈦合金初始β晶生長，在固-液前沿富集B元素阻礙初始β-Ti長大，有效細化晶粒，當硼含量超過0.1wt%時，則有明顯的TiB相析出。Ti6A14V-xB合金的抗拉強度極限隨硼含量的增加單調上升，這是細晶強化和析出強化共同作用的結果；合金的塑性則是先升高

4、后降低，Ti6A14V-0.05B的塑性提高了15%，而Ti6A14V-0.1B與Ti6A14V-0.5B的塑性則降低超過了40%，因為析出脆性的TiB相，形成脆性斷裂敏感帶。
　　（2）在Ti6A14V絲材電弧增材制造過程中，由于電弧具有高的熱量輸入，使得每個堆積區(qū)-熔合區(qū)-堆積區(qū)得到了有效的冶金結合，沒有明顯的堆積分界面和鈦馬氏體存在，各區(qū)域的顯微組織均為穩(wěn)定的α+β片層組織以及接近的顯微硬度值。與鑄態(tài)Ti6A14V相比，電弧

5、增材制造的鈦合金不僅初始β晶粒細小，而且α+β片層間距也較小，其抗拉強度與延伸率相比鑄態(tài)均有所提高，拉伸斷口為細小韌窩狀的韌性斷裂。
　?。?）在Ti6A14V-0.05B絲材電弧增材制造過程中，獲得了更加細小晶粒的組織，同時有少量不規(guī)則針狀TiB析出；相比較于鑄態(tài)Ti6A14V-0.05B合金，晶粒尺寸有所減小并且更加趨于枝狀晶形貌，其抗拉強度提高了6.2%，延伸率增加了28.7%。
　?。?）在Ti6A14V絲材電弧增材