Die Zusammensetzung vonTC4-Titanlegierungist Ti-6AI-4V, das zur Titanlegierung vom Typ (a+β) gehört. Es verfügt über gute umfassende mechanische Eigenschaften, eine hohe spezifische Festigkeit, eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und eine gute Biokompatibilität und wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, der Petrochemie, der Biomedizin und anderen Bereichen eingesetzt. In diesem Artikel wird die Methode zur Vorbereitung mit rotierenden Plasmaelektroden ausgewähltTitanlegierungspulverund diskutiert den Sphäroidisierungsmechanismus von Titanlegierungspulver. Das Entwicklungsgesetz seiner Mikrostruktur wird erforscht und die wichtigsten Wärmebehandlungsmethoden werden diskutiert, was die notwendige theoretische Grundlage für die Anwendung der TC4-Titanlegierung in der 3D-Drucktechnologie liefert.
2.1 Experimentelle Materialien und Methoden: TC4-Legierungspulver wurde durch Plasma-Rotationselektroden-Zerstäubungsverfahren hergestellt und seine chemische Zusammensetzung wurde mit Instrumenten analysiert, wie in Tabelle 1 gezeigt.
| Al | Fe | V | C | N | Und | O | H | Von |
| 6.25 | 0.27 | 3.92 | 0.1 | 0.006 | 0.10 | 0.12 | 0.005 | 89.23 |
Laut Tabelle ist der H-, N- und O-Gehalt im Pulver relativ gering, was den Anforderungen für den Druck von Hochleistungsprodukten entspricht. Die Form der durch dieses Verfahren hergestellten Pulverpartikel ist nahezu kugelförmig, mit glatter Oberfläche, guter Fließfähigkeit und ohne übermäßige Verunreinigungen. Das unter einem Rasterelektronenmikroskop beobachtete REM-Bild ist in Abbildung 1 dargestellt, und die einzelnen Pulverpartikel sind in Abbildung 2 dargestellt. Durch Beobachtung ist die Formbarkeit gut, wenn die geometrische Form der TC4-Titanlegierungspulverpartikel kugelförmig ist, während das Pulver elliptisch ist weist eine schlechte Fließfähigkeit und Formbarkeit auf. Sphärisches Titanlegierungspulver hat eine gute Fließfähigkeit während der Laser-3D-Druckvorbereitung.
2.2 Experimentelle Ergebnisse und Analyse 2.2.1 Kugelbildungsmechanismus von TC4-Titanlegierungspulver In der 3D-Drucktechnologie ist Metallpulvermaterial das Rohmaterial für den Metall-3D-Druck, und seine grundlegenden Eigenschaften haben einen erheblichen Einfluss auf die Qualität der Endproduktbildung. Es ist auch eine der materiellen Grundlagen und Schlüsselelemente für die Erzielung eines schnellen Prototypings. Das durch Plasma-Rotationselektrodenzerstäubung hergestellte TC4-Legierungspulver hat eine Partikelform, die einer Kugel sehr nahe kommt, mit einer glatten Oberfläche und guter Fließfähigkeit. Der Mechanismus der Pulverballung besteht im Wesentlichen aus drei Prozessen, wie in Abbildung 3 dargestellt. Im ersten Prozess werden die geschmolzenen Legierungströpfchen von einem Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit getroffen, wodurch sie zu einem wellenförmigen Flüssigkeitsfilm wachsen und sich vom Gaszentrum entfernen mit hoher Geschwindigkeit; Im zweiten Prozess sind die länglichen Legierungströpfchen aufgrund des Drucks instabil. Unter der Oberflächenspannung der Flüssigkeit werden sie dann geblasen und zerbrochen, wodurch elliptische Tröpfchen entstehen; Im dritten Prozess bricht der elliptische Tropfen unter der Einwirkung von Luftdruck und Flüssigkeitsoberflächenspannung erneut auf und wird in mehrere kleine Tropfen segmentiert. Unter der Wirkung der Oberflächenspannung tendiert das Tröpfchen dazu, während des Abstiegsvorgangs in eine Kugelform zu schrumpfen, und die Abkühlung beschleunigt sich, wodurch es sofort zu einer Kugelform erstarrt.
Dieses Experiment kann Partikelgrößen der TC4-Titanlegierung erhalten, die hauptsächlich im Bereich von 50–160 μm verteilt sind, indem die relevanten Parameter des Experiments gesteuert werden. Die Partikelgrößenverteilung ist eng und entspricht den Anforderungen des 3D-Drucks.
2.2.2 Mikrostruktur der TC4-Titanlegierungsprobe Die metallografische Struktur des Querschnitts der TC4-Titanlegierungsprobe ist in Abbildung 4 dargestellt. Wenn der Ionenstrahl auf das TC4-Titanlegierungspulver einwirkt, entsteht ein kreisförmiges Schmelzbad. Innerhalb des Schmelzbades nimmt die Temperatur von der Mitte zum Rand hin allmählich ab und zeigt eine Gaußsche Verteilung. Der Temperaturunterschied führt zu unterschiedlichen Schmelzgraden des TC4-Titanlegierungspulvers, wobei Pulver bei niedrigeren Temperaturen im Randbereich ungeschmolzen oder unzureichend geschmolzen bleiben, was zu Unterschieden in der Kornmikrostruktur und -größe zwischen dem Schmelzbad und dem Randbereich führt. Die Verwendung des Pulse-Dot-Modus für die Metallpulverbeschichtung kann den Einfluss des Temperaturgradienten auf die Wärmeeinflusszone reduzieren. Wenn die letztgenannte Wärmequelle auf das Legierungspulver einwirkt, versorgt sie auch den Randbereich der vorherigen Stelle mit Energie zum Umschmelzen. Nach Erhalt der Energie wachsen die Körner weiter in Richtung der Energieabsorption.
Das metallografische Strukturfoto des Längsschnitts einer TC4-Titanlegierungsprobe ist in Abbildung 5 dargestellt. Durch metallografische mikroskopische Beobachtung besteht die Mikrostruktur aus groben β-säulenförmigen Produkten. Wie in Abbildung 5 dargestellt, sind die Korngrenzen deutlich zu erkennen und die säulenförmigen Kristalle wachsen entlang der Stapelschichtrichtung mit unterschiedlichen Wachstumsrichtungen. Das Wachstum stoppt an der Grenze zwischen β und säulenförmigen Kristallen, und gleichzeitig wachsen die säulenförmigen Kristalle weiter entfernt vom Substrat epitaktisch weiter, wobei es zu einem Kornwachstumsphänomen kommt. Nach der Analyse wurde festgestellt, dass die bei der Herstellung der TC4-Legierung durch 3D-Druck erzeugte Temperatur einen Einfluss auf die Mikrostruktur der Titanlegierung hat. Wenn ein Teil des Legierungspulvers durch einen Ionenstrahl geschmolzen wird, wird der vordere Teil der Legierung erneut erhitzt. Allerdings ist der Beta-Phasen-Selbstdiffusionskoeffizient der TC4-Legierung relativ groß und eine geringere Energie kann das Kornwachstum fördern. Daher neigen säulenförmige Kristalle beim Wiedererhitzen zum Wachstum und zur Überhitzung.
Daher kann die Steuerung der Energie der Wärmequelle die Mikrostruktur der TC4-Legierung effektiv verändern.
2.2.3 Mischkristall- und Alterungswärmebehandlung Abbildung 6 zeigt die metallografische Struktur der TC4-Legierung in drei verschiedenen Wärmebehandlungszuständen: wie abgeschieden (a), 970 °C/1h + 540 °C/4h (b) und 970 °C /1h (c). Die abgeschiedene TC4-Legierung weist eine gemischte Mikrostruktur aus Alpha-Mischkristall und Beta-Mischkristall auf; Nach der Wärmebehandlung bei 970 °C/1 Stunde + 540 °C/4 Stunden (b) wandelte sich die metallografische Struktur in eine Maschenkorbstruktur um; Nach einer weiteren Wärmebehandlung bei 970 °C/FC/1 Stunde (c) wandelte sich die Struktur in eine bimodale Struktur um, die aus einer korbartigen Struktur und einer sphäroidisierten Alpha-Phase besteht. Darunter sind das Hochtemperatur-Kriechverhalten, die Festigkeit und die Plastizität der Korbstruktur gut, während die Plastizität der bimodalen Struktur gering und die Festigkeit hoch ist.
Durch Analysen ist bekannt, dass eine Mischkristall- und Alterungswärmebehandlung die Festigkeit und Plastizität der TC4-Titanlegierung wirksam verbessern kann. Die Abkühlgeschwindigkeit hat jedoch einen erheblichen Einfluss auf die Festigkeit und Plastizität der TC4-Titanlegierung, und es sollten geeignete Kühlmethoden angewendet werden in der Produktion.
Abbildung 7 zeigt die mikroskopischen Bilder der Mikrostruktur des Netzkorbs aus TC4-Titanlegierung unter verschiedenen Kühlmethoden. Wenn die TC4-Titanlegierung luftgekühlt wird, findet eine Halbdiffusionsphasenumwandlung statt. Nach der festen Lösung und der Alterungsbehandlung erscheint die feste Lösung der β-Phase zwischen der festen Lösung der primären α-Phase als kleine feste Lösung der sekundären α-Phase, wie in Abbildung 7 (a) dargestellt. Wenn die Titanlegierung TC4 in einem Ofen abgekühlt wird, kommt es zu einer Phasenumwandlung vom Diffusionstyp. Nach der Behandlung mit fester Lösung entsteht eine bimodale Struktur. Die β-Phasen-Mischkristalllösung zwischen der primären α-Phasen-Mischkristalllösung in der Legierung erzeugt aufgrund des Fehlens einer anschließenden Alterungswärmebehandlung keine sekundäre α-Phasen-Mischkristalllösung, wie in Abbildung 7 (b) dargestellt. Im Vergleich ist ersichtlich, dass unter Ofenkühlungsbedingungen die Korngrenzen und die intragranulare Alpha-Phasen-Mischkristalllösung gröber sind als unter Luftkühlungsbedingungen. Wenn die TC4-Titanlegierung äußeren Kräften ausgesetzt wird, besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass Risse an den Korngrenzen entstehen und sich ausbreiten, was zu einer verringerten Plastizität führt und kein Druckformen verwendet wird.
Zusammenfassung: (1) TC4-Titanlegierungspulver, hergestellt durch Plasma-Rotationselektroden-Methode (Tianjiu Metal kann TC4-Titanlegierungspulver mit verschiedenen Verfahren entsprechend den Kundenanforderungen anpassen), die Pulverpartikelform ist sehr nahe an der Kugelform, die Oberfläche ist glatt Die Fließfähigkeit ist gut und es verfügt über gute Pulvereigenschaften, die den Anforderungen des 3D-Drucks gerecht werden.
(2) Die Mikrostruktur des Querschnitts der TC4-Titanlegierung zeigt strahlende säulenförmige Kristalle vom Temperaturzentrum bis zum Rand, während die Mikrostruktur des Längsschnitts säulenförmige Kristalle zeigt, die entlang der Stapelschichtrichtung wachsen. Die Steuerung der Wärmequellenenergie kann die Mikrostruktur der TC4-Titanlegierung effektiv verbessern.
(3) Die Wärmebehandlungsmethode aus fester Lösung + Alterung und Luftkühlung verbessert effektiv die Festigkeit und Plastizität der abgeschiedenen TC4-Titanlegierung, sodass ihre Leistung den Anforderungen des 3D-Drucks mit TC4-Titanlegierung entspricht.
SAT NANO ist der beste Lieferant von TC4-Legierungspulver und Titanlegierungspulver in China. Wir können Partikelgrößen von 15–45 µm, 15–53 µm, 45–105 µm und andere Partikelgrößen anbieten. Wenn Sie Fragen haben, wenden Sie sich bitte an sales03 @satnano.com
