电脉冲对选择性激光熔化Ti6Al4V合金显微组织和显

江苏激光联盟导读：

本文探讨了电脉冲对选择性激光熔化Ti6Al4V合金显微组织和显微硬度的影响。

优化Ti6Al4V选择性激光熔化(SLM)合金的组织和机械性能是当今科学和工程领域的一个重要课题。在本研究中，SLM-Ti6Al4V合金在不同放电电压下，在脉冲电脉冲处理(EPT)过程中，由于微观组织的明显演变，实现了快速硬化和软 kV试样的显微硬度较未处理试样降低约7%，而EPT-8 kV试样的显微硬度提高约10%。采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)分析了α、β晶粒和位错结构的演变过程，并与电子透射电子显微镜引起的显微硬度变化相对应。分析表明，EPT能降低SLM-Ti6Al4V合金中α→β固相相变的热机械势垒，进一步细化合金组织。该研究为快速有效地改善金属增材加工构件的组织和机械性能提供了新的思路。

?

抽象图形

?

1.介绍

?

近年来，增材制造技术(AM)利用高强度的能量源(激光束、电子束或电弧等)熔化金属粉末或金属丝，根据CAD模型在基板上制造零件，实现了设计自由、节能。选择性激光熔化技术(SLM)作为一种典型的激光AM技术，在制造复杂零件和材料利用率高的情况下，被广泛应用于钛合金、铝合金、钢和高熵合金等领域。Ti6Al4V合金因其高的强度重量比、优异的耐蚀性和生物相容性而被广泛应用于生物医学工程、航空航天等先进制造领域。

?

SLM技术相对于传统生物医学设备制造方法的优势。SLM，选择性激光熔化。

?

通过SLM制造生物医学器件相对于传统制造技术的关键优势如上图所示。

?

然而，SLM-Ti6Al4V合金通常形成α'马氏体相，残余应力高，塑性较传统工艺低。目前，SLM构件采用后处理热处理，如传统热处理和热等静压(HIP)热处理，通过减少空洞或缺陷来消除残余应力，提高构件的延性。这些工艺可以有效地消除残余应力，减少缺陷数量，使原始针状α′马氏体转变为α + β的层状混合物，提高了塑性，但降低了强度。然而，第一种工艺会导致晶粒尺寸的异常长大，不利于机械性能的提高，而HIP处理相对昂贵和不方便，在应用于复杂几何形状的零件时存在变形和组织均匀性问题。

?

近年来，基于选择性焦耳热效应和电子风速的非平衡瞬时方法——电脉冲处理(EPT)已被应用于对传统金属的微观结构和机械性能进行短时间、高效率的调节。在2205双相不锈钢中，EPT能促进晶界的形成，诱导组织细化，提高其机械性能。我们最近的研究表明,EPT不仅降低再结晶的门槛,加快再结晶的成核冷轧316 L奥氏体不锈钢,但也意识到孔隙和裂缝愈合,有效改善机械和材料的疲劳性能。微秒脉冲电场(EPT)有望成为修复slm引起的缺陷并抑制后处理过程中晶粒快速长大的最佳工艺。然而，电磁波对SLM材料的影响却很少被了解。

本文研究了EPT对SLM-Ti6Al4V合金显微硬度及组织演变的影响。揭示了脉冲电脉冲放电的临界放电电压对其机械性能的潜在调控作用。

?

2.?材料和方法

?

2．1． SLM制造

?

SLM- ti6al4v样品是在商用SLM设备(ConceptLaser公司，M2型设备)上，在氩气气氛下制备的，预设的最佳参数如表1所示。在SLM过程中采用了锯齿形路径的岛形锐化扫描策略。用于生产的粉末的平均直径约为20 μ m，如图1所示。粉末化学成分如表2所示。制作长度100 mm，直径17 mm的圆柱形试样，圆柱形试样的轴向沿建筑方向。钢瓶在800±14°C退火2小时±10分钟，然后炉冷。需要澄清的是，用于EPT的SLM-Ti6Al4V合金经过了去应力处理，因为相比于建造状态，它更容易从基体上去除印刷样品，弯曲或开裂的可能性也更小。

?

表1 用于样品制造的SLM工艺参数。

图1 用于制造的Ti6Al4V粉末的形貌。

表2 Ti6Al4V粉末化学成分(wt%)。

文章来源：《激光杂志》 网址: http://www.jgzzzz.cn/zonghexinwen/2022/0111/1814.html