第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

241 / 2020-09-25 15:02:08

激光增材制造TiB2颗粒增强2024Al基复合材料：显微组织及机械性能

激光增材制造；铝基复合材料；显微组织；机械性能；CET转变

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2024Al作为高强铝合金在激光增材制造过程中具有较大的开裂倾向，而TiB₂作为传统的晶粒细化剂可以有效抑制2024Al合金在增材制造过程中的开裂行为。本文使用激光立体成形技术和激光选区熔化技术成功制备3 wt. % TiB₂颗粒增强的2024Al基复合材料，并研究了TiB₂对激光增材制造2024Al合金组织演化、力学性能的影响规律。对于激光立体成形技术制备的TiB_2p/2024Al复合材料，显微组织不同于沉积态2024Al合金取向明显的粗大柱状晶，呈现为无织构的细小等轴晶，等轴晶尺寸16.5μm±0.27μm，内部存在高密度的针状S相及盘状θ相。TiB₂颗粒部分分布在α-Al晶粒内部，并与α-Al基体之间存在明显的过渡界面结构，其余TiB₂颗粒在晶间与Al₂Cu共晶纠缠在一起。TiB₂颗粒作为异质核心促进等轴晶的形成，并显著细化了晶粒，沉积态TiB_2p/2024Al复合材料屈服强度：163MPa，抗拉强度：284MPa，延伸率：18.7%，分别较未强化的沉积态2024Al合金提升40.59%、81.11%、167.14%。激光选区熔化技术制备的TiB_2p/2024Al复合材料显微组织呈现为外延生长的宽度为10-20μm的α-Al柱状晶，内部存在高密度的纳米θ析出相。沉积态TiB_2p/2024Al复合材料屈服强度：237MPa，抗拉强度：336MPa，延伸率：7.91%，较未强化的沉积态2024Al合金分别提升15%、24.4%、82.2%。两种成形技术制备的复合材料在显微组织上的差异主要是由于二者熔池的温度梯度G、凝固速度R以及TiB₂颗粒与Al熔体界面的相互作用所决定的。