在激光粉末床融合过程中使用Ti-6Al-4V的层次表面预热激光扫描进行现场微结构修改
Ahmet Alptug Tanrikulu1,2, Behzad Farhang3,4, Aditya Ganesh-Ram3
1Materials Science and Engineering, The University of Texas at Arlington, Arlington, TX 76019, USA.
Materials (Basel, Switzerland)
|April 27, 2024
概括
通过激光粉床融合 (LPBF) 来制造合金 (Ti-6Al-4V) 的一种创新的现场热方法,可以在没有后处理的情况下将疲劳寿命提高10%. 这种方法优化了微观结构,并减少了表面粗度,以获得更好的机械性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 添加剂制造 添加剂制造 添加剂制造
- 金工业是金工业的一个方面.
背景情况:
- 激光粉床融合 (LPBF) 是合金的关键增材制造技术.
- 在LPBF制造的Ti-6Al-4V中实现高疲劳寿命通常需要后处理步骤.
- 微观结构和表面特征显著影响金属元件的疲劳性能.
研究的目的:
- 研究一种现场热方法,以提高LPBF制造的Ti-6Al-4V的疲劳寿命.
- 评估预热阶段对材料微观结构和表面性能的影响.
- 确定是否可以通过优化现场热处理来消除后加工.
主要方法:
- 在Ti-6Al-4V的LPBF过程中实施一种创新的现场热工艺.
- 使用额外的激光扫描,具有多种参数,用于选择性预热粉末床层.
- 预热样品与未经预热制造的参考样品的比较分析.
- 微观结构性特征,重点关注先前的β粒形态,α厚度和HCP α c/a比率.
- 评估表面粗度和疲劳性能.
主要成果:
- 与参考样品相比,现场预热步骤显著提高了10%的疲劳寿命.
- 经过优化预热的样本呈现出精细的先前β粒结构,具有圆形形态和更厚的α轴.
- 在六角密集 (HCP) α阶段观察到增加的c/a比率,表明格子应变放松.
- 在预热样本上注意到表面粗度降低.
- 提高了整体机械强度,并改善了疲劳寿命.
结论:
- 在现场开发的热方法有效地提高了LPBF制造的Ti-6Al-4V的疲劳寿命.
- 在LPBF过程中选择性预热会改变冷却速度,从而导致有利的微观结构演变和降低表面粗度.
- 这种方法提供了一条可行的途径,可以实现优越的疲劳性能,而无需进行后处理处理.
