die Ermüdungseigenschaften der additiv gefertigten GR5-Titanlegierung basierend auf verschiedenen Nachbearbeitungsmethoden
Um die Leistung additiv gefertigter Teile zu verbessern, werden häufig verschiedene Nachbearbeitungsmethoden wie Wärmebehandlung (HT), heißisostatisches Pressen (HIP), Laseroberflächenmodifikation usw. eingesetzt. Es gab einige Studien, in denen versucht wurde, die Auswirkungen verschiedener Nachbearbeitungsmethoden auf die Ermüdungseigenschaften additiv gefertigter Legierungen zu optimieren und zu untersuchen. Es ist jedoch nicht klar, welche Hauptfaktoren die Ermüdungsfestigkeit additiv gefertigter Titanlegierungen beeinflussen. Daher wurde noch keine optimale Nachbearbeitungsmethode zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit additiv gefertigter Titanlegierungen ermittelt. Darüber hinaus wurde die Wirkung einer Wärmebehandlung vor der HIP-Behandlung auf die Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit, insbesondere bei Ti-6Al-4V-Legierungen, kaum erforscht.
Dieser Artikel untersucht und vergleicht die Zug- und Ermüdungseigenschaften der Ti-6Al-4V-Legierung, die durch das selektive Pulverbett-Laserschmelzverfahren im Anfangszustand, im Wärmebehandlungszustand und im heißisostatischen Presszustand hergestellt wurde. Füllen Sie die Forschungslücken in diesem Bereich.
Die durch 3D-Druck erhaltene Ti-6Al-4V-Legierung im Ausgangszustand weist die höchste Streckgrenze, Zugfestigkeit und Härte auf; Die Ti-6Al-4V-Legierung ist unter den Verarbeitungsbedingungen der Heißisostatpress-Wärmebehandlungsmaschine (HT+HIP+M) hinsichtlich der Festigkeit stärker. Niedrig, aber mit höchster Duktilität. Dies ist auf die Vergröberung der Struktur und die Zersetzung der Martensitstruktur sowie auf die Verringerung der Versetzungsdichte an den Phasengrenzen während der Wärmebehandlung zurückzuführen. Die spezifischen statischen Festigkeits- und Zugduktilitätsdaten sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1 Ergebnisse der statischen Festigkeit und Zugeigenschaften, die durch verschiedene Nachbearbeitungsmethoden von additiv gefertigten Titanlegierungen erzielt wurden. AB stellt den Anfangszustand dar, HT stellt den Zustand nach einer zweistündigen Wärmebehandlung bei 850 Grad dar und HIP stellt den Zustand dar, der zwei Stunden lang bei 920 Grad und 120 MPa gehalten wird.
Abbildung 1 Mikrostruktur einer additiv gefertigten Titanlegierung unter verschiedenen Nachbearbeitungsbedingungen. (a) AB: Anfangszustand (b) HT: 850 Grad für 2 Stunden; (c) HIP: 920 Grad, 120 MPa für 2 Stunden; (d) HT + HIP-Zustand. Die auf der rechten Seite der Abbildung markierte Richtung ist die Stapelrichtung des Materials beim Drucken.
Abbildung 1 zeigt die Mikrostruktur additiv gefertigter Titanlegierungen bei verschiedenen Nachbearbeitungszuständen. Bei diesem Bild handelt es sich um ein Rückstreubild, das unter einem Elektronenmikroskop aufgenommen wurde. In diesem Bild ist die Phase mit weißem Kontrast die Phase und die Phase mit schwarzem und grauem Kontrast ist die Phase. Die einzigartigen mikrostrukturellen Eigenschaften gedruckter Titanlegierungen sind in der Abbildung dargestellt, einschließlich der ursprünglichen Phasenkorngrenzen und der Widmanstätten-Struktur. Die Ergebnisse in Abbildung 2 zeigen die TEM-Testergebnisse unter verschiedenen Nachbearbeitungsbedingungen.
Abbildung 2 TEM-Beobachtungsergebnisse von additiv gefertigtem Ti-6Al-4V in verschiedenen Nachbearbeitungszuständen und Anfangszuständen. (a) AB; (b) HT; (c) AB + HIP; (d) HT + HIP.
Vor dem heißisostatischen Pressen wurde eine Wärmebehandlung, d. h. HT+HIP-Bedingungen, angewendet und anschließend wurde die Probenoberfläche poliert (HT + HIP + M). Es wurde festgestellt, dass die Ermüdungsfestigkeit von Ti-6Al-4V unter dieser Bedingung im Vergleich zu deutlich verbessert wurde. Der Ausgangszustand wurde um fast das Fünffache verbessert, während die Wärmebehandlung allein die Ermüdungsfestigkeit um fast das Fünffache erhöhte 3 Mal im Vergleich zum Originalzustand. Die spezifische SN-Kurve ist in Abbildung 3 dargestellt.
Abbildung 3 SN-Kurven unter verschiedenen Nachbearbeitungsbedingungen. Die spezifische Nachbearbeitungsmethode ist in der Legende in der oberen rechten Ecke der Abbildung dargestellt. Unter diesen bedeutet M, dass die Probenoberfläche poliert ist, und kein M bedeutet, dass sich die Probenoberfläche in dem Zustand befindet, in dem der Druck abgeschlossen ist.
Wärmebehandlung (HT) und heißisostatisches Pressen (HIP) führen zu Veränderungen der Mikrostruktur innerhalb der additiv gefertigten Ti-6Al-4V-Legierung. Nach der Wärmebehandlung zerfällt die metastabile nadelförmige ′-Martensitstruktur in eine +-Lamellenstruktur, und die Dicke der Lamellen nimmt mit zunehmender Wärmebehandlungstemperatur allmählich zu. Die HT-Behandlung verbessert die Ermüdungsfestigkeit im Vergleich zum AB-Zustand, hauptsächlich aufgrund der Blockierung von -Kolonien (Kristallgruppen mit ähnlicher Kornorientierung) in der +-Lamellenstruktur und der durch den 3D-Druckprozess eingeführten Zugeigenspannung. Entspannung. Der Grund dafür, dass die HIP-Behandlung die Dauerfestigkeit verbessert, liegt nicht nur an den beiden genannten Punkten im HT-Zustand, sondern fördert auch die Beseitigung von Defekten innerhalb des Materials. Die spezifischen Ergebnisse des Röntgen-μCT-Tests sind in Abbildung 4 unten dargestellt.
Abbildung 4 Dreidimensionale Rekonstruktionsdarstellungen interner Defekte in verschiedenen Nachbearbeitungszuständen. (a) AB; (b) HT; (c) AB + HIP; (d) HT + HIP.
Informationen zum Zitieren von Papieren:
Bhandari L, Gaur V. Verschiedene Nachbearbeitungsmethoden zur Verbesserung der Ermüdungseigenschaften der additiv aufgebauten Ti-6Al-4V-Legierung[J]. International Journal of Fatigue, 2023: 107850.
