采用气雾化和机械合金化等离子体球化SLM制备钛(2)
它使用电子束预热粉末床至1000°C以上的能力已被证明是可行的,以生产无裂纹的γ-铝化物零件。目前关于铝钛化合物的L-PBF的研究还很有限。由于铝钛化物易开裂,在AM过程中需要进行高温预热,以减小热梯度,抑制裂纹的形成。
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本文表明,生产无裂纹的tial基合金需要800°C的平台预热。在之前的研究中曾使用元素粉末“原位”制备Ti-22Al-25Nb合金。然而,该方法存在着微观结构不均匀性和机械性能差的局限性。研究中,采用气雾化Ti-22Al-25Nb粉末,在200°C平台预热下,采用L-PBF法制备Ti-22Al-25Nb块体样品。虽然报告了良好的室温拉伸性能,但可以假设少量的o相将导致较差的高温性能。因此,需要对复杂合金ti2alnb基合金的L-PBF过程进行更详细的研究,以确定在原位热处理过程中促进金属间相的形成并获得较高的机械性能的工艺参数。
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与此同时,化学成分复杂、性能适宜于AM应用的铝化钛球形粉末的商业可行性有限。通常采用气体或等离子体雾化方法制备AM的粉末。机械合金化(MA)和等离子体球化(PS)工艺可以作为制备成分均匀、成本降低的球形粉末的替代方法。将不规则形状的机械合金粉末放入高温等离子体射流中,使颗粒快速熔化和凝固。PS过程中,熔化的颗粒在表面张力作用下凝固成球形颗粒。到目前为止,机械合金化等离子体球化(MAPS)粉末在AM中的应用还很局限,尚未应用于钛铝合金。
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本文研究了采用气体雾化(GA)和MAPS粉末在高温平台上进行预热的L-PBF工艺。采用(at. %) MAPS 和 (at. %) GA球形粉末,研究了不同平台预热温度下L-PBF工艺参数对样品相对密度的影响。在L-PBF工艺中实现了原位热处理,促进了o相的形成。研究了200℃~ 980℃的预热温度对MAPS和GA粉末的形貌和o相数量的影响。通过拉伸试验和显微硬度测量来评估合金在不同条件下的机械行为。
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2.?实验程序
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2.1.?材料
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采用电极感应气体雾化(EIGA)制备的 (at. %)?合金GA粉,并由AMCpowder提供。粉体的粒径范围为14 ~ 52 μm,平均粒径d50 = 29 μm。
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采用MA和PS工艺制备正交晶合金粉末。在不锈钢研磨介质的行星磨机上进行了初步实验。将Ti、Al、Nb、Mo、Zr、Si、Hf、Ta(纯度为99.9%)的混合元素粉末混合,得到Ti- 22al - 25nb - 1zr -0.3Si (at.%)。采用美国UnionProcess公司生产的SD5实验室磨粉机进行了粉末磨粉试验。将初始元素粉末混合成合金成分,在270 rpm转速和20:1球粉质量比的氩气气氛下,使用不锈钢研磨介质研磨12 h。经MA处理后,用TEK-15体系(Tekna, Canada)对粉末进行PS处理。采用氩氦气作为等离子体形成气体。喷粉速度为15 g/min,等离子体炬功率为15 kW。合成的MAPS粉末组成为: (at.%),表明Al在PS后由于蒸发而部分丢失。应用于L-PBF工艺的MAPS粉的粒径范围为24 ~ 98 μm,平均粒径d50 = 63 μm。
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粉末经过PS和元素分布后的颗粒抛光截面的BSE-SEM图像。
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PS后粉末颗粒中元素分布的EDS图如上图所示。可以看出,PS处理后的化学均匀性明显优于MA处理后的初始粉末。PS处理后,合金元素在颗粒中均匀分布。
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2.2.?激光料层融合
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样品采用AconityMIDI (Aconity3D GmbH, Germany) L-PBF系统制备。该系统配备了波长为1070 nm、最大功率为1000 W的光纤激光器。激光束直径设定为80 μm左右。制作了直径为10mm、高度为10mm的圆柱形试样和边长为10mm的立方试样,用于参数优化和微观结构研究(图1(a, b))。样品是在ti - 6al - 4v基体上,钼基平台上制备的。钼平台感应预热至设定温度,并由平台下的热电偶连续控制温度。在L-PBF工艺开始之前,钛基板被导电加热到设定的温度。工艺室不断充满高纯氩气,以使室中的氧气含量低于20ppm。构建过程结束后,将平台和样品以大约5°C/min的冷却速率冷却至室温。
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图1 在TPH = 200°C时,L-PBF制备的GA粉表面出现水平裂纹,而在TPH = 700°C时制备的MAPS粉表面出现水平裂纹;(c)拉伸贴片尺寸(毫米)及(d)预制预制件的照片。
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将体积能量密度(VED)(公式(1))作为一个变量来研究L-PBF
文章来源:《机械强度》 网址: http://www.jxqdzzs.cn/zonghexinwen/2022/0110/930.html