近日，南京工业大学钛合金材料基础研究团队提出一种新型采用激光熔融沉积技术制备的Ti-Fe合金，其中添加适量的B以实现对增材制造钛合金组织的调控，促进等轴晶的形成，有效克服因钛合金增材制造凝固过程自发形核不足而产生柱状晶的问题，同时分别采用铸造、锻造的方式制备了该合金，对比发现激光沉积制得Ti-Fe-B合金具有更优的力学性能，其中抗拉强度达到779MPa，分别达到锻造合金抗拉强度的1.5倍，铸造合金抗拉强度的1.7倍（如图1所示）。

 

​图1  不同制造工艺下Ti-Fe-B合金的应力应变曲线(a)和力学性能(b)

 

该研究认为Ti-Fe-B合金在铸造凝固过程中生成TiB相，并在较低的冷却速率下，生长为宽大的针状组织；在锻造过程中，由于温度远低于TiB相熔点，针状组织仅在变形过程中发生机械破碎，生成相对较短的组织；而粉末制备过程中，制粉用Ti-Fe-B合金锻棒经历重熔以及高冷速下的再结晶过程，虽然锻棒中的针状TiB沉淀相分布不均匀，导致仅部分粉末颗粒上可以观察到TiB相，而富B颗粒则形成网状组织，但制得的粉末经后处理混匀并在激光熔融沉积时再次熔化，TiB沉淀相得以在微熔池中重新分布，形成一个更加连续、精细的组织（如图2所示）。

 

 

 

 

图2  不同制备方式下Ti-Fe-B合金的宏观和微观组织(a, b, c)激光熔融沉积，(d, e)铸造，(f, g)锻造

 

 

 

 

上述研究成果牛京喆博士以《Microstructure and mechanical properties of B modified Ti-Fe alloy manufactured by casting, forging and laser melting deposition》为题，发表在顶级期刊《Composites Part B》上，该工作由钛合金基础研究团队和南京尚吉应用研究团队共同完成。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.108854

上述研究中的激光熔融沉积原料——Ti-Fe-B合金粉末，采用PREP工艺制备，包括粉末材料制备和激光熔融沉积过程均在南京尚吉完成，所用粉末的形貌、粒度分布及微观组织如图3、4所示。

 

 

图3  Ti-Fe-B合金粉末颗粒形貌(a)和粒度分布(b)

      

 

 

图4  PREP工艺制得Ti-Fe-B合金粉末的微观组织

 

 

 

 

南京尚吉增材制造研究院有限公司自成立来，瞄准工程应用领域的材料需求，旨在发展成为以钛合金为代表的金属材料设计、制备加工技术及先进装备研发和产业化基地。重点产品之一即PREP工艺下高品质钛合金粉末，以上述Ti-Fe合金（牌号SAM-P-TF400）为例，从材料设计、制粉用母合金加工工艺、制粉方式及配套工艺，再到粉末使用验证，做到粉末设计-制备-应用-评价全流程控制，以更好地满足服役需求及成形工艺要求。