SLM制备CoCrFeNiTi高熵合金的机械性能

3D打印动态
2020
04/24
16:11
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供稿人:王兴理想 张航
供稿单位:机械制造系统工程国家重点实验室 

高熵合金(HEA)是由等摩尔或接近等摩尔的浓度在5%到35%之间的五个或五个以上元素组成的合金。HEA具有高度耐腐蚀性,抗氧化性,耐磨性和优异的机械性能。但是,HEA固有的复杂性使其很难制造均匀的合金零件,尤其是大型零件。通过使用传统方法(例如电弧熔炼或感应熔炼)需要进行多次物理重熔以确保HEA的均匀性,此外,很难将这些合金加工成具有复杂几何形状的零件。因此,人们越来越关注增材制造(AM)方法,例如选择性激光熔化(SLM)和电子束熔化(EBM)。

日立材料研究开发集团技术中心的Tadashi Fujieda等人研究了选区激光熔化(SLM)与电子束熔炼(EBM)制备CoCrFeNiTi基高熵合金,研究发现SLM期间较高的冷却速度导致微观结构细微均匀,没有可见的偏析(如图1所示)而在EBM样件中,Ni和Ti分离并形成球状形态。SLM样品的晶粒的柱状化程度比EBM样品的弱,晶粒趋于等轴,SLM样品的晶体各向异性也弱于EBM样品。另外,SLM试样的晶粒尺寸比EBM试样的晶粒尺寸小得多。(如图2所示)这是由于熔池的热梯度(G)与凝固速率(R)之比不同所致,SLM的G / R远低于EBM ,SLM固化速度更高。

SLM试样的拉伸性能远远优于EBM试样,且延展性得到提高,SLM试样的断裂伸长率是EBM试样的断裂伸长率的六倍。这是因为SLM试样成分均匀,没有任何具有球状组织形态的Ni3Ti金属间化合物,而这些不均匀组织是断裂的起源。

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图1 扫描透射电子显微镜-能量色散X射线光谱(STEM-EDS)的元素映射,其中(a)为EBM样件(b)为SLM样件

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图2(a)EBM样品的反极图,(b)SLM样品的反极图,(c)EBM样品的极图(d)SLM

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图3室温下SLM和EBM样件的拉伸应力-应变曲线

参考文献:
Tadashi Fujieda, Meichuan Chen, Hiroshi Shiratori, et al. Mechanical and corrosion properties of CoCrFeNiTi-based high-entropy alloy additive manufactured using selective laser melting[J], Additive Manufacturing, 2019(25):412-420.

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