知識(shí)片段：Ti175合金組織演變

標(biāo)題：SLM成形Ti175合金組織演變機(jī)理與研究結(jié)論

知識(shí)類型：產(chǎn)品技術(shù)資料

SLM成形Ti175合金沉積態(tài)組織存在顯著區(qū)域異質(zhì)性，核心源于熔池中心與邊緣的冷卻速度差異：熔池中心區(qū)域冷卻速率較慢，形成寬度2.0~5.7μm的粗大板條狀α'馬氏體；熔池邊緣與已凝固區(qū)域接觸，冷卻速率急劇升高，生成寬度0.6~1.8μm的細(xì)針狀α'馬氏體，且該區(qū)域晶粒取向雜亂，存在高密度位錯(cuò)與殘余應(yīng)力集中。相變分析表明，熔池內(nèi)部α'相嚴(yán)格遵循Burgers取向關(guān)系，繼承母相β晶粒取向，而熔池邊緣部分區(qū)域偏離該取向關(guān)系，晶格畸變明顯，沉積態(tài)合金整體織構(gòu)強(qiáng)度較弱，僅存在微弱絲織構(gòu)。

經(jīng)960℃×1h熱處理后，Ti175合金熔池不同區(qū)域呈現(xiàn)差異化組織演變規(guī)律：熔池邊緣區(qū)域因初始高密度位錯(cuò)與殘余應(yīng)力提供充足驅(qū)動(dòng)力，優(yōu)先發(fā)生靜態(tài)再結(jié)晶球化，形成尺寸不超過2.0μm的等軸α晶粒，晶粒內(nèi)部最大取向差由8°降至3°左右，位錯(cuò)密度大幅降低，殘余應(yīng)力有效釋放；熔池內(nèi)部初始位錯(cuò)密度與殘余應(yīng)力水平較低，無足夠再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力，僅發(fā)生Ostwald熟化主導(dǎo)的板條粗化，板條α相厚度增至4.0~6.5μm，保留原始板條形態(tài)，晶粒內(nèi)部取向差無明顯變化。

硬度測試結(jié)果印證組織演變規(guī)律，沉積態(tài)熔池邊緣細(xì)針狀α'馬氏體區(qū)域顯微硬度約370HV，高于熔池中心粗大板條狀α'區(qū)域（約350HV），源于細(xì)晶強(qiáng)化與位錯(cuò)強(qiáng)化的協(xié)同作用；熱處理后組織均勻性提升，硬度梯度縮小，組織穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)。熔池邊緣晶粒靜態(tài)球化分為兩個(gè)核心階段：一是曲率驅(qū)動(dòng)端部遷移，針狀α相沿曲率梯度擴(kuò)散，降低表面能；二是殘余應(yīng)力驅(qū)動(dòng)亞晶界演化，小角度晶界通過位錯(cuò)滑移與攀移逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠼嵌染Ы纾瑢?shí)現(xiàn)晶粒等軸化，本質(zhì)是通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)降低系統(tǒng)界面能，達(dá)到穩(wěn)定低能組織狀態(tài)。

本研究最終得出三大核心結(jié)論：其一，SLM成形Ti175合金熔池中心與邊緣冷卻速率差異，導(dǎo)致組織呈現(xiàn)明顯異質(zhì)性，邊緣區(qū)域的高密度位錯(cuò)與殘余應(yīng)力是后續(xù)再結(jié)晶球化的核心驅(qū)動(dòng)力；其二，960℃熱處理可實(shí)現(xiàn)熔池邊緣區(qū)域晶粒靜態(tài)球化，中心區(qū)域僅發(fā)生板條粗化，殘余應(yīng)力耦合高溫?zé)崽幚硎菍?shí)現(xiàn)無預(yù)變形球化的關(guān)鍵；其三，晶粒球化遵循曲率驅(qū)動(dòng)擴(kuò)散與殘余應(yīng)力驅(qū)動(dòng)亞晶界演化雙階段機(jī)制，該機(jī)理為SLM成形高溫鈦合金組織與性能的精準(zhǔn)調(diào)控提供了核心理論依據(jù)，可有效解決強(qiáng)塑性不匹配難題，推動(dòng)Ti175合金在航空航天熱端部件的增材制造工程應(yīng)用。