摘要：本文研究了电子束增材制造TA7-TC4双钛合金的组织特征、力学性能及断口形貌，揭示了双钛合金在不同区域的微观结构差异及其对性能的影响。
导读
本文研究了电子束增材制造TA7-TC4双钛合金的组织特征、力学性能及断口形貌，揭示了双钛合金在不同区域的微观结构差异及其对性能的影响。
研究背景介绍
钛合金因其高强度、低密度和优异的耐腐蚀性，在航空航天等领域广泛应用。然而，单一合金难以满足复杂工况下的性能需求，双钛合金应运而生。电子束增材制造技术以其高能量密度和高精度加工能力，为双钛合金的制造提供了新的解决方案。该技术不仅能够实现复杂结构的精准制造，还能有效控制合金的微观组织和性能。近年来，电子束增材制造技术在双钛合金领域的应用研究逐渐增多，但系统性的组织性能研究仍相对较少。因此，本研究聚焦于TA7-TC4双钛合金，通过电子束增材制造技术制备试样，深入分析其组织结构、力学性能及断裂特性，旨在为双钛合金的工程应用提供理论依据。
文章来源及内容
李洪全等人的研究《电子束增材制造TA7-TC4双钛合金的组织性能研究》发表于《特种铸造及有色合金》2024年第44卷第12期。文章通过真空电子束熔丝沉积技术制备TA7-TC4双钛合金试样，研究了其在不同区域（TC4侧、TA7侧及中间过渡区）的组织特征，分析了合金的组织结构、硬度、力学性能、断裂方式及断口形貌。研究发现，双钛合金的组织和性能在不同区域存在显著差异，且过渡区的微观结构对整体性能有重要影响。该研究由桂林理工大学广西高校先进制造与自动化技术重点实验室、陕西航天职工大学和桂林狮达技术股份有限公司共同完成。
研究亮点
• 系统研究了电子束增材制造TA7-TC4双钛合金在不同区域的组织特征和力学性能。
• 揭示了双钛合金过渡区的微观结构变化及其对整体性能的影响。
• 为双钛合金的工程应用提供了重要的理论支持。
研究方法
本研究采用真空电子束熔丝沉积技术制备TA7-TC4双钛合金试样。通过调整电子束电流、送丝速度和基板移动速度等工艺参数，实现了TA7和TC4合金的逐层沉积。利用金相显微镜、扫描电镜和电子探针等手段，对试样的微观组织、硬度分布、力学性能及断口形貌进行了详细分析。
内容解读
1.试验材料及方法
• 试验材料：使用退火态TC4钛合金板作为基材，以及ϕ1.2 mm的TA7合金丝材和ϕ0.8 mm的TC4合金丝材。
• 试验设备：采用THDW-12型电子束熔丝沉积快速制造设备，配备60 kV/15 kW真空电子束电子枪及其他辅助系统。
• 试验方法：通过调整工艺参数，依次在TC4基板上沉积30层TA7合金和30层TC4合金，制备双钛合金试样。随后进行拉伸试验、硬度测试和微观组织分析。
图1电子束熔丝沉积快速制造设备
图2电子束熔丝沉积试验方式
图3拉伸试样形状及尺寸示意图
2.试验结果与分析
• TA7侧组织特征：TA7侧主要为块状α组织，靠近过渡区部分因重熔作用出现次生α相和片状α与等轴α共存现象。
图4试样TA7侧不同区域高倍组织
• 过渡区组织特征：过渡区存在明显的组织差异，TC4侧出现针状马氏体转变相，过渡层极窄，厚度约为0.2 mm。
图5双钛合金过渡区组织
图6EDS扫描分析
• TC4侧组织特征：TC4侧沿同一方向生长的多条相互平行的针状马氏体，远离晶界区时形成网篮组织。
图7TC4侧不同区域高倍组织
• 力学性能分析：双钛合金的抗拉强度和硬度在不同区域存在差异，TA7侧
图8沉积态双钛合金显微硬度
• 断口分析：断口形貌显示过渡层界限清晰，断面呈杯锥状，剪切断裂明显，韧窝大小不一。
图9双钛合金的断口形貌
主要结论
• TA7/TC4双钛合金在TA7侧主要为块状α组织，TC4侧存在针状马氏体转变相，过渡区组织差异明显。
• 过渡区的微观结构对双钛合金的整体性能有重要影响，存在明显的各向异性。
• 双钛合金的力学性能介于TA7和TC4两种合金之间，塑性相对较好，硬度分布为TA7侧
• 断口分析表明，过渡层界限清晰，断面呈杯锥状，剪切断裂明显，韧窝大小不一，表明过渡区具有良好的协调变形能力。
中英文引用格式
• 中文引用格式：李洪全，孙宝福，宁薇，等.电子束增材制造TA7-TC4双钛合金的组织性能研究［J］.特种铸造及有色合金，2024，44（12）：1 669-1 673.
• 英文引用格式：LI H Q，SUN B F，NING W，et al.Microstructure and properties of TA-TC4 bi-titanium alloy fabricated by electron beam additive manufacturing［J］.Special Casting&Nonferrous Alloys，2024，44（12）：1 669-1 673.
扩展阅读：欢迎登陆特种铸造及有色合金，阅读、下载、引用《特种铸造及有色合金》期刊上发表的论文。
来源：特铸杂志
