EBM法Ti-6AL-4V合金組織與力學(xué)性能研究.pdf

1、電子束熔化逐層成型技術(shù)(Additive Fabrication via Electron Beam Melting，AM-EBM)是近年快速發(fā)展的先進(jìn)制造技術(shù)之一，在醫(yī)療、航空航天、化工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
　　本文采用Ti-6Al-4V ELI醫(yī)療（外科植入）用合金粉末為原料，采用電子束熔化逐層成型技術(shù)，制備出垂直、平行于成型基板方向和不同直徑尺寸的Ti-6Al-4V合金棒材，研究了樣品取向、尺寸和熱等靜壓工藝對(duì)EBM法

2、Ti-6Al-4V合金顯微組織和力學(xué)性能的影響。
　　EBM法制備的Ti-6Al-4V合金顯微組織以hcp結(jié)構(gòu)的α相片層為主，片層之間有少量bcc結(jié)構(gòu)的β相，該β相尺寸很小。由于合金凝固時(shí)存在較大溫度梯度，EBM法制備的Ti-6Al-4V合金中原始β晶粒生長(zhǎng)具有方向性，其生長(zhǎng)方向均平行于堆積高度方向。柱狀原始β晶粒有較為完整的晶界α相。
　　垂直取向的Ti-6Al-4V合金樣品生長(zhǎng)時(shí)，會(huì)存在由細(xì)小針狀α相組成的不穩(wěn)定生長(zhǎng)區(qū)。

3、隨著距基板距離和樣品直徑的增加，該不穩(wěn)定生長(zhǎng)區(qū)逐漸減少;平行取向的樣品α片層組織沿棒材軸向方向比較均勻幾乎不存在不穩(wěn)定生長(zhǎng)區(qū)。平行取向的合金棒材α相片層厚度要大于相應(yīng)直徑尺寸的垂直取向的棒材;同種取向的樣品中α相片層厚度隨樣品尺寸的減小而減小。原因是熔化層面積不同，凝固時(shí)冷卻率不用，導(dǎo)致α相片層厚度的差異。
　　垂直取向生長(zhǎng)的合金屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度略高，而延伸率和斷面收縮率明顯高于于平行取向生長(zhǎng)的合金，其中斷面收縮率的變化更為顯著

4、;這種現(xiàn)象主要由α相片層厚度的變化和拉伸軸向相對(duì)于原始β晶粒軸線方向的差異所導(dǎo)致。樣品尺寸對(duì)EBM法制備的Ti-6Al-4V樣品力學(xué)性能有顯著影響。隨著樣品尺寸的增加，Ti-6Al-4V棒材抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度減小，延伸率和斷面收縮率增加。這種趨勢(shì)在樣品尺寸小于4mm時(shí)非常明顯，當(dāng)樣品尺寸大于4mm后，棒材強(qiáng)度、塑性等指標(biāo)隨尺寸變化很小。垂直取向生長(zhǎng)的合金斷口形貌為典型的韌窩型穿晶斷裂，韌窩較深;平行取向生長(zhǎng)的合金斷口由韌窩型穿晶斷裂和脆

5、性沿晶斷裂綜合形成，韌窩較淺，局部出現(xiàn)沿晶界發(fā)生的層狀開裂。
　　與鍛態(tài)合金相比，EBM法Ti-6Al-4V合金表現(xiàn)出較高的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，塑性指標(biāo)差別較小，兩種樣品均表現(xiàn)出了良好的拉伸塑性。
　　合金經(jīng)熱等靜壓處理后α相片層厚度較熱等靜壓前有很大程度的長(zhǎng)大，室溫拉伸測(cè)試中，合金熱等靜壓后強(qiáng)度較低，延伸率和斷面收縮率比熱等靜壓前略高，塑性較好。熱等靜壓對(duì)EBM法Ti-6Al-4V合金的缺口敏感性影響很小，熱等靜壓前后EB