の構成TC4チタン合金Ｔｉ−６ＡＩ−４Ｖは、（ａ＋β）タイプのチタン合金に属する。優れた総合的な機械的特性、高い比強度、優れた耐食性、優れた生体適合性を備えており、航空宇宙、石油化学、生物医学などの分野で広く使用されています。この記事では、プラズマ回転電極法を選択して作成します。チタン合金粉末、チタン合金粉末の球状化メカニズムについて考察します。微細構造の進化の法則が調査され、主な熱処理方法が議論され、3D プリンティング技術における TC4 チタン合金の応用に必要な理論的基礎が提供されます。
2.1 実験材料と方法: TC4 合金粉末をプラズマ回転電極噴霧法によって調製し、その化学組成を表 1 に示すように機器で分析しました。
| アル | 鉄 | V | C | N | そして | O | H | の |
| 6.25 | 0.27 | 3.92 | 0.1 | 0.006 | 0.10 | 0.12 | 0.005 | 89.23 |
表によれば、粉末中の H、N、O の含有量は比較的低く、高性能製品の印刷要件を満たしています。この方法で得られる粉末粒子の形状は非常に球形に近く、表面が滑らかで流動性が良く、余分な不純物がありません。走査型電子顕微鏡で観察したSEM画像を図1に、個々の粉末粒子を図2に示します。観察により、TC4チタン合金粉末粒子の幾何学的形状が球形の場合は成形性が良好ですが、楕円形の粉末の場合は成形性が良好であることがわかりました。流動性や成形性が劣ります。球状チタン合金粉末は、レーザー 3D プリンティングの準備中に良好な流動性を示します。
2.2 実験結果と解析 2.2.1 TC4 チタン合金粉末のボール形成メカニズム 3D プリンティング技術において、金属粉末材料は金属 3D プリンティングの原料であり、その基本特性は最終製品の形成品質に大きな影響を与えます。これは、ラピッド プロトタイピングを実現するための重要な基礎および重要な要素の 1 つでもあります。プラズマ回転電極アトマイズ法により作製されたTC4合金粉末は、極めて球形に近い粒子形状を有し、表面が滑らかで流動性が良好です。粉末ボール化のメカニズムは、図3に示すように主に3つのプロセスから構成されます。最初のプロセスでは、溶融合金の液滴が高速気流の影響を受けて波状の液膜に成長し、ガス中心から遠ざかります。高速で。 2 番目のプロセスでは、圧力により、細長い合金の液滴が不安定になります。液体の表面張力の下で、それらは吹き飛ばされて壊れ、楕円形の液滴を形成します。 3番目のプロセスでは、楕円形の液滴が空気圧と液体の表面張力の作用により再び破壊され続け、いくつかの小さな液滴に分割されます。表面張力の作用により、液滴は降下過程で球形に縮もうとしますが、冷却が促進され、すぐに球形に固化します。
この実験では、実験の関連パラメータを制御することにより、主に 50 ～ 160 μ m の範囲に分布する TC4 チタン合金粒子サイズを得ることができます。粒度分布が狭く、3D プリンティングの要件を満たしています。
2.2.2 TC4 チタン合金試料の微細構造 TC4 チタン合金試料の断面の金属組織を図 4 に示します。TC4 チタン合金粉末にイオンビームが作用すると、円形の溶融池が形成されます。溶融池内では、温度は中心から端に向かって徐々に低下し、ガウス分布を示します。温度の違いにより、TC4 チタン合金粉末の溶融度が変化し、エッジ領域の低温の粉末は溶融しないか不十分なままとなり、溶融プールとエッジ領域の間の粒子の微細構造とサイズに違いが生じます。金属粉末クラッドにパルスドットモードを使用すると、熱影響部への温度勾配の影響を軽減できます。後者の熱源が合金粉末に作用すると、前のスポットのエッジ領域に再溶解のためのエネルギーが追加されます。エネルギーを得た後、粒子はエネルギー吸収の方向に沿って成長し続けます。
TC4 チタン合金サンプルの縦断面の金属組織写真を図 5 に示します。金属顕微鏡観察によれば、組織は粗大なβ - 柱状生成物であることがわかります。図5に示すように、粒界がはっきりと観察でき、柱状結晶が積層方向に沿って異なる成長方向で成長しています。成長はβ - 柱状結晶境界で止まり、同時に基板から遠く離れた柱状結晶はエピタキシャル成長を続ける粒成長現象が起こります。分析の結果、3D プリンティングによる TC4 合金の製造中に発生する温度がチタン合金の微細構造に影響を与えることが判明しました。合金粉末の一部がイオンビームによって溶解されると、合金の前部が再加熱されます。ただし、TC4 合金のベータ相の自己拡散係数は比較的大きく、エネルギーが小さいと結晶粒の成長が促進される可能性があります。そのため、柱状結晶が成長しやすく、再加熱時に過熱しやすくなります。
したがって、熱源のエネルギーを制御すると、TC4 合金の微細構造を効果的に変更できます。
2.2.3 固溶体および時効熱処理 図 6 は、3 つの異なる熱処理状態での TC4 合金の金属組織を示しています: 析出のまま (a)、970 °C/1 時間 + 540 °C/4 時間 (b)、および 970 °C /1h (c)。堆積された TC4 合金は、アルファ固溶体とベータ固溶体の混合微細構造を持っています。 970℃/1時間+540℃/4時間で熱処理した後(b)、金属組織はメッシュバスケット構造に変化した。さらに 970 °C/FC/1 時間で熱処理した後 (c)、構造はバスケット状構造と球状化アルファ相からなる二峰性構造に変態しました。このうち、バスケット構造は高温クリープ性能、強度、塑性が良好であるのに対し、双峰構造は塑性が低く強度が高い。
分析を通じて、固溶体および時効熱処理がTC4チタン合金の強度と塑性を効果的に向上させることができることが知られていますが、冷却速度はTC4チタン合金の強度と塑性に大きな影響を与えるため、適切な冷却方法を採用する必要があります。生産中です。
図 7 は、さまざまな冷却方法における TC4 チタン合金メッシュバスケットの微細構造の顕微鏡画像を示しています。 TC4チタン合金を空冷すると半拡散相変態が起こります。固溶化および時効処理後、図 7 (a) に示すように、一次α相固溶体間のβ相固溶体は小さな二次α相固溶体として現れます。 TC4チタン合金を炉内で冷却すると拡散型相変態が起こります。固溶体処理後、二峰性構造が形成されます。図 7 (b) に示すように、合金中の初晶 α 相固溶体間の β 相固溶体は、後続の時効熱処理が欠如しているため、二次 α 相固溶体を生成しません。比較すると、炉冷条件下では、空冷条件下よりも粒界および粒内α相固溶体が粗大であることがわかる。 TC4チタン合金は外力を受けると粒界で亀裂が発生・伝播しやすくなり、塑性が低下するため、印刷成形は利用されません。
概要: (1) プラズマ回転電極法によって調製された TC4 チタン合金粉末 (Tianjiu Metal は顧客のニーズに応じてさまざまなプロセスで TC4 チタン合金粉末をカスタマイズできます)、粉末粒子の形状は非常に球形に近く、表面は滑らかで、流動性が良く、粉体特性も良く、3Dプリンティングの要求に応えます。
(2) TC4 チタン合金の断面の微細組織は温度中心から端部に向かって放射状の柱状結晶が観察され、縦断面の微細組織は積層方向に沿って成長した柱状結晶が観察されます。熱源エネルギーの制御により、TC4 チタン合金の微細構造を効果的に改善できます。
(3) 固溶+時効および空冷の熱処理方法により、蒸着された TC4 チタン合金の強度と可塑性が効果的に向上し、その性能が TC4 チタン合金 3D プリンティングの要件を満たします。
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