大幅提升塑性！快速热处理细化增材制造合金晶粒

来源： 材料科学网

钛合金增材制造通常因为外延生长使得晶粒沿打印方向形成粗大的柱状晶，导致材料的力学性能具有明显的各向异性。本论文中提出一种快速热处理（RHT）方法，将TC4钛合金加热到β固相转变线温度以上，并快速冷却使得原始粗大β晶粒发生细化，形成了α+β双相组织，既保证了TC4钛合金的强度，又大幅提升了延伸率。同时讨论了晶粒细化机理。相关论文以题为“Refinement of the grain structure of additive manufactured titanium alloys via epitaxial recrystallization enabled by rapidheat treatment”发表在Scripta Materialia。

论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2020.01.027

作者对比分析了沉积态和快速热处理SLM制备的TC4钛合金晶粒尺寸变化。发现经过快速热处理后初生β相的晶粒尺寸变小，沉积态由于粗大柱状晶产生的取向织构也消失了。RHT处理后样品中的大角度晶界比例增加，预示着其发生了再结晶。通过分析发现，RHT处理后形成的新β相在α/β界面形成，而新形成的β相是通过初生β相通过固相外延结晶长大形成，并且与初生β相或者α相存在Burger’s位向关系。

图1沉积态和RHT处理后晶粒和取向差变化

图2α相和β相对应的IPF取向图以及对应晶粒的极图取向关系

图3 不同温度下同一区域β相的IPF取向图

图4不同温度下β相极图计算结果与测试结果和RHT处理前后应力应变曲线

总的来说，经过RHT处理后，形成了α+β双相层片状组织，与传统SLM制备的TC4钛合金相比其强度略有下降，延伸率大幅提升。并且RHT处理后初生β相晶粒尺寸发生细化，这对于提升TC4钛合金的疲劳和断裂韧性极为有利。本研究提出的热处理方法对于增材制造制件获得准等轴晶提供了一种思路。并且有可能应用到钢材和镍基高温合金热处理中，减小增材制造工艺所造成的取向问题并提升材料的疲劳强度。