β熱處理對SEBM Ti-6Al-4V Diamond點陣材料顯微組織和力學性能的影響

樊永霞,張學哲，賈 亮

(西北有色金屬研究院，陜西 西安 710016)

隨著金屬增材制造(AM)技術的發展，特別是電子束選區熔化(selective electron beam melting，SEBM)和激光選區熔化(selective laser melting，SLM)工藝的發展，使得具有不同結構特征的點陣材料得以制造并廣泛應用[1，2]。其中，三周期極小曲面(triply periodic minimal surface，TPMS)片狀點陣材料因其獨特的曲面結構，成為近幾年點陣材料結構研究的熱點。基于TPMS結構設計的點陣材料性能優于傳統的桁架點陣材料[3，4]。金剛石(Diamond)是TPMS結構的一種，具有較高的比表面積以及光滑曲面。

Ti-6Al-4V合金是金屬增材制造技術使用最多的金屬材料之一[5-7]，以Diamond結構設計的Ti-6Al-4V點陣材料具有很高的強度[8，9]。然而，不論是SEBM或是SLM技術制備的沉積態 (As-built, AB) Ti-6Al-4V點陣材料，其細小結構的顯微組織中都含有硬而脆的亞穩α′馬氏體相，而非完全α+β相，這種非平衡的細小α′馬氏體相具有高強度、低塑性的特點，導致點陣材料的塑性較差[10]，嚴重影響其穩定性、安全性和使用壽命。通過結構優化、表面光滑處理以及熱處理(heat-treated, HT)等方法可以提高點陣材料的塑性，其中最有效的方法為熱處理，相關研究也較多[10]。Galarraga等[11]采用SEBM技術成形Ti-6Al-4V塊體材料，研究了β相區1100 ℃熱處理后的冷卻方式對其組織及性能的影響。結果表明，經過β相區1100 ℃熱處理并爐冷后，α′馬氏體相轉變為α相，材料塑性顯著提高。另外，經β相區熱處理后，柱狀晶轉變為等軸晶，材料塑性增加。Yang等[12]研究了不同熱處理工藝對SEBM成形Ti-6Al-4V點陣材料塑性以及強度的影響。結果表明，β相區熱處理不僅消除了Ti-6Al-4V點陣材料的亞穩α′相，而且增加了α片層厚度，顯著提高了點陣材料的塑性。……