供稿人:魏超 李滌塵 發(fā)布日期：2018-06-17
鈦合金應(yīng)用廣泛，但其制造成本較高，采用增材制造方式的鈦合金可以很好地解決這一問題。但很少有人研究各向異性的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀的力學(xué)性能之間的關(guān)系。賓夕法尼亞大學(xué)的Beth E.Carroll等人研究了增材制造的鈦合金各向異性的力學(xué)性能。
鈦合金試樣分為縱向和橫向，縱向試樣拉伸軸和構(gòu)建方向垂直，橫向試樣拉伸軸和構(gòu)建方向平行，而且橫向鈦合金的上部和下部的氧含量也不同，通過對(duì)兩種鈦合金進(jìn)行單軸拉伸實(shí)驗(yàn)，測量結(jié)果如圖1和表1所示，可以看出打印的鈦合金力學(xué)性能各向異性。
圖1 應(yīng)力-應(yīng)變曲線
表1 力學(xué)性能測量結(jié)果
為分析微觀組織和力學(xué)性能之間的關(guān)系，使用CT和原子力顯微鏡得到試樣的微觀組織圖。圖2反映的是兩個(gè)試樣的微觀組織圖，圖a試樣取自十字型組件接近底部的位置（氧含量高），圖b試樣取自十字型組件接近頂部的位置（氧含量低）；圖3為各向異性的微觀結(jié)構(gòu)圖。
圖2（a）微觀組織有薄層魏氏組織和少量的相晶界（b）板條結(jié)構(gòu)變化和稍粗的魏氏組織片層
圖3 (a)微觀圖，箭頭指向構(gòu)建方向（b）先晶界輪廓（c）插圖b的放大圖，當(dāng)應(yīng)力沿著縱向方向，也即應(yīng)力垂直于晶界，相晶界將會(huì)發(fā)生I型裂紋擴(kuò)展（d）插圖b的放大圖，當(dāng)應(yīng)力沿著橫向方向或構(gòu)建方向，平行于長的先晶界，相晶界將不會(huì)發(fā)生I型裂紋擴(kuò)展
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明3D打印鈦合金的力學(xué)性能各向異性，且其性能與組件冷卻熱過程及氧含量也有關(guān)系。因此在研究3D打印鈦合金時(shí)要注意構(gòu)建方向的不同，以及組件高度及打印過程中的氧含量等因素，本文從材料機(jī)理方向?yàn)榇蛴?yōu)良性能的鈦合金提供了參考。