增材制造，通常被稱為三維（3D）打印，是一種將零件逐層構建的過程，是一種制造接近最終形狀的零件的有前途的方法。這一工藝正在挑戰傳統制造工藝對高復雜性和低材料浪費產品的主導地位。通過3D打印制造的鈦合金已經用于各種行業。但是，熔融金屬增材制造工藝，特別是在鈦合金中，固有的高冷卻速率和高熱梯度通常會導致非常精細的微觀結構，并趨向于幾乎完全是柱狀晶粒。因為添加制造的鈦成分中的柱狀顆粒會導致機械性能的各向異性，因此是不希望的。通過對增材加工工藝參數的優化，很難改變條件促進鈦晶粒等軸生長。與其他常見的工程合金（例如鋁）相比，目前還沒有商業化的鈦晶粒細化劑能夠有效地細化組織。
【成果簡介】
今日，在皇家墨爾本理工大學Mark A. Easton教授和俄亥俄州立大學Hamish L. Fraser教授團隊（共同通訊作者）帶領下，與英聯邦科學和工業研究組織（CSIRO）、昆士蘭大學和內華達大學合作，報告鈦銅合金的發展，這種鈦銅合金具有較高的組織過冷能力，這是由于凝固過程中合金元素的分配所致，它可以克服激光中高熱梯度的負面影響。增材制造過程中的熔化區域。無需任何特殊的工藝控制或其他處理，打印的鈦銅合金試樣具有完全等軸的細晶粒組織。與在類似加工條件下的常規合金相比，它們還顯示出有出色的力學性能，如高屈服強度和均勻的伸長率，這歸因于利用了高冷卻速率和多次熱循環而形成超細共析微結構。我們預計該方法將適用于其他形成共析金屬的合金系統，并將在航空航天和生物醫學行業中得到應用。相關成果以題為“Additive manufacturing of ultrafine-grained high-strength titanium alloys”發表在了Nature。
【圖文導讀】
圖1 Ti-6Al-4V和Ti-8.5Cu合金的3D打印
圖2 Ti-8.5Cu合金的SEM表征
圖3 3D打印的Ti-8.5Cu合金的TEM表征
圖4 3D打印后Ti-Cu合金的機械性能
文獻鏈接：Additive manufacturing of ultrafine-grained high-strength titanium alloys（Nature，2019，DOI:10.1038/s41586-019-1783-1）
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