La composition deAlliage de titane TC4est le Ti-6AI-4V, qui appartient à l'alliage de titane de type (a+β). Il possède de bonnes propriétés mécaniques complètes, une résistance spécifique élevée, une excellente résistance à la corrosion, une bonne biocompatibilité et est largement utilisé dans les domaines aérospatial, pétrochimique, biomédical et autres. Cet article sélectionne la méthode d'électrode rotative à plasma pour préparerpoudre d'alliage de titane, et discute du mécanisme de sphéroïdisation de la poudre d'alliage de titane. La loi d'évolution de sa microstructure est explorée et les principales méthodes de traitement thermique sont discutées, fournissant ainsi la base théorique nécessaire à l'application de l'alliage de titane TC4 dans la technologie d'impression 3D.
2.1 Matériels et méthodes expérimentaux : La poudre d'alliage TC4 a été préparée par la méthode d'atomisation à électrode rotative au plasma et sa composition chimique a été analysée par des instruments, comme indiqué dans le tableau 1.
| Al | Fe | V | C | N | Et | O | H | De |
| 6.25 | 0.27 | 3.92 | 0.1 | 0.006 | 0.10 | 0.12 | 0.005 | 89.23 |
Selon le tableau, la teneur en H, N et O dans la poudre est relativement faible, ce qui répond aux exigences d'impression de produits hautes performances. La forme des particules de poudre préparées par ce procédé est très proche de celle sphérique, avec une surface lisse, une bonne fluidité et aucune impureté excessive. L'image SEM observée au microscope électronique à balayage est illustrée à la figure 1 et les particules de poudre individuelles sont présentées à la figure 2. Grâce à l'observation, lorsque la forme géométrique des particules de poudre d'alliage de titane TC4 est sphérique, la formabilité est bonne, tandis que la poudre elliptique a une mauvaise fluidité et formabilité. La poudre d'alliage de titane sphérique a une bonne fluidité lors de la préparation de l'impression laser 3D.
2.2 Résultats expérimentaux et analyse 2.2.1 Mécanisme de formation de billes de poudre d'alliage de titane TC4 Dans la technologie d'impression 3D, la poudre métallique est la matière première pour l'impression 3D métallique, et ses propriétés de base ont un impact significatif sur la qualité de la formation du produit final. C’est également l’une des bases matérielles et des éléments clés pour réaliser un prototypage rapide. La poudre d'alliage TC4 préparée par la méthode d'atomisation par électrode rotative au plasma a une forme de particule très proche de sphérique, avec une surface lisse et une bonne fluidité. Le mécanisme de mise en boule de poudre se compose principalement de trois processus, comme le montre la figure 3. Dans le premier processus, les gouttelettes d'alliage fondu sont impactées par un flux d'air à grande vitesse, ce qui les amène à se transformer en un film liquide ondulé et à s'éloigner du centre gazeux. à grande vitesse ; Dans le deuxième processus, en raison de la pression, les gouttelettes d’alliage allongées sont instables. Sous la tension superficielle du liquide, ils sont ensuite soufflés et brisés, formant des gouttelettes elliptiques ; Dans le troisième processus, la gouttelette elliptique continue de se briser sous l’action de la pression de l’air et de la tension superficielle du liquide, et est segmentée en plusieurs petites gouttelettes. Sous l’action de la tension superficielle, la gouttelette a tendance à se rétrécir pour prendre une forme sphérique pendant le processus de descente, et le refroidissement s’accélère, se solidifiant immédiatement pour prendre une forme sphérique.
Cette expérience permet d'obtenir des tailles de particules d'alliage de titane TC4 principalement réparties dans la plage de 50 à 160 µm en contrôlant les paramètres pertinents de l'expérience. La distribution granulométrique est étroite et répond aux exigences de l'impression 3D.
2.2.2 Microstructure de l'échantillon d'alliage de titane TC4 La structure métallographique de la section transversale de l'échantillon d'alliage de titane TC4 est illustrée à la figure 4. Lorsque le faisceau d'ions agit sur la poudre d'alliage de titane TC4, un bassin fondu circulaire se forme. Au sein du bain de fusion, la température diminue progressivement du centre vers le bord, montrant une distribution gaussienne. La différence de température entraîne différents degrés de fusion de la poudre d'alliage de titane TC4, les poudres à des températures plus basses dans la région de bord restant non fondues ou insuffisamment fondues, conduisant à des différences de microstructure et de taille de grain entre le bain de fusion et la région de bord. L'utilisation du mode point d'impulsion pour le revêtement en poudre métallique peut réduire l'influence du gradient de température sur la zone affectée thermiquement. Lorsque cette dernière source de chaleur agit sur la poudre d’alliage, elle ajoute également de l’énergie à la zone marginale du point précédent pour la refusion. Après avoir obtenu l’énergie, les grains continuent de croître dans le sens de l’absorption d’énergie.
La photo de la structure métallographique de la section longitudinale de l'échantillon d'alliage de titane TC4 est présentée à la figure 5. Grâce à l'observation au microscope métallographique, la microstructure est constituée de produits β - colonnaires grossiers. Comme le montre la figure 5, les joints de grains peuvent être clairement observés et les cristaux en forme de colonne se développent dans le sens de la couche d'empilement, avec des directions de croissance différentes. La croissance s'arrête à la limite des cristaux colonnaires β et, en même temps, les cristaux colonnaires éloignés du substrat continuent de croître par épitaxie, avec un phénomène de croissance des grains. Après analyse, il a été constaté que la température générée lors de la préparation de l’alliage TC4 par impression 3D a un impact sur la microstructure de l’alliage de titane. Lorsqu'une partie de la poudre d'alliage est fondue par faisceau d'ions, la partie avant de l'alliage est réchauffée. Cependant, le coefficient d'auto-diffusion de la phase bêta de l'alliage TC4 est relativement important et une énergie plus faible peut favoriser la croissance des grains. Par conséquent, les cristaux colonnaires sont sujets à la croissance et à la surchauffe lors du réchauffage.
Par conséquent, le contrôle de l’énergie de la source de chaleur peut modifier efficacement la microstructure de l’alliage TC4.
2.2.3 Solution solide et traitement thermique de vieillissement La figure 6 montre la structure métallographique de l'alliage TC4 dans trois états de traitement thermique différents : tel que déposé (a), 970°C/1h+540°C/4h (b), et 970°C /1h (c). L'alliage TC4 déposé présente une microstructure mixte de solution solide alpha et de solution solide bêta ; Après traitement thermique à 970°C/1h + 540°C/4h (b), la structure métallographique s'est transformée en une structure panier maillé ; Après un traitement thermique supplémentaire à 970°C/FC/1h (c), la structure s'est transformée en une structure bimodale constituée d'une structure en forme de panier et d'une phase alpha sphéroïdisée. Parmi eux, les performances de fluage à haute température, la résistance et la plasticité de la structure du panier sont bonnes, tandis que la plasticité de la structure bimodale est faible et la résistance est élevée.
Grâce à l'analyse, il est connu qu'une solution solide et un traitement thermique de vieillissement peuvent améliorer efficacement la résistance et la plasticité de l'alliage de titane TC4, mais la vitesse de refroidissement a un impact significatif sur la résistance et la plasticité de l'alliage de titane TC4, et des méthodes de refroidissement appropriées doivent être adoptées. en production.
La figure 7 montre les images microscopiques de la microstructure du panier en maille d'alliage de titane TC4 sous différentes méthodes de refroidissement. Lorsque l’alliage de titane TC4 est refroidi par air, une transformation de phase de semi-diffusion se produit. Après solution solide et traitement de vieillissement, la solution solide de phase β entre la solution solide de phase α primaire apparaîtra sous la forme d'une petite solution solide de phase α secondaire, comme le montre la figure 7 (a) ; Lorsque l’alliage de titane TC4 est refroidi dans un four, une transformation de phase de type diffusion se produit. Après traitement en solution solide, une structure bimodale se forme. La solution solide de phase β entre la solution solide de phase α primaire dans l'alliage ne produit pas de solution solide de phase α secondaire en raison de l'absence de traitement thermique de vieillissement ultérieur, comme le montre la figure 7 (b) ; Par comparaison, on peut constater que dans des conditions de refroidissement du four, les joints de grains et la solution solide intragranulaire en phase alpha sont plus grossiers que dans des conditions de refroidissement par air. Lorsque l'alliage de titane TC4 est soumis à des forces externes, des fissures sont plus susceptibles de s'initier et de se propager aux joints de grains, ce qui entraîne une plasticité réduite, et le moulage par impression n'est pas utilisé.
Résumé : (1) Poudre d'alliage de titane TC4 préparée par la méthode d'électrode rotative plasma (Tianjiu Metal peut personnaliser la poudre d'alliage de titane TC4 avec différents processus en fonction des besoins du client), la forme des particules de poudre est très proche de sphérique, la surface est lisse, le la fluidité est bonne et les caractéristiques de la poudre sont bonnes, ce qui répond aux exigences de l'impression 3D.
(2) La microstructure de la section transversale de l'alliage de titane TC4 montre des cristaux colonnaires rayonnants du centre de température vers le bord, tandis que la microstructure de la section longitudinale montre des cristaux colonnaires se développant dans la direction de la couche d'empilement. Le contrôle de l'énergie de la source de chaleur peut améliorer efficacement la microstructure de l'alliage de titane TC4.
(3) La méthode de traitement thermique composée d'une solution solide + vieillissement et refroidissement par air améliore efficacement la résistance et la plasticité de l'alliage de titane TC4 déposé, ce qui rend ses performances conformes aux exigences de l'impression 3D en alliage de titane TC4.
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