今日Nature之3D打印材料：超细晶粒高强度钛合金

【引言】

增材制造，通常被称为三维（3D）打印，是一种将零件逐层构建的过程，是一种制造接近最终形状的零件的有前途的方法。这一工艺正在挑战传统制造工艺对高复杂性和低材料浪费产品的主导地位。通过3D打印制造的钛合金已经用于各种行业。但是，熔融金属增材制造工艺，特别是在钛合金中，固有的高冷却速率和高热梯度通常会导致非常精细的微观结构，并趋向于几乎完全是柱状晶粒。因为添加制造的钛成分中的柱状颗粒会导致机械性能的各向异性，因此是不希望的。通过对增材加工工艺参数的优化，很难改变条件促进钛晶粒等轴生长。与其他常见的工程合金（例如铝）相比，目前还没有商业化的钛晶粒细化剂能够有效地细化组织。

【成果简介】

今日，在皇家墨尔本理工大学Mark A. Easton教授和俄亥俄州立大学Hamish L. Fraser教授团队（共同通讯作者）带领下，与英联邦科学和工业研究组织（CSIRO）、昆士兰大学和内华达大学合作，报告钛铜合金的发展，这种钛铜合金具有较高的组织过冷能力，这是由于凝固过程中合金元素的分配所致，它可以克服激光中高热梯度的负面影响。增材制造过程中的熔化区域。无需任何特殊的工艺控制或其他处理，打印的钛铜合金试样具有完全等轴的细晶粒组织。与在类似加工条件下的常规合金相比，它们还显示出有出色的力学性能，如高屈服强度和均匀的伸长率，这归因于利用了高冷却速率和多次热循环而形成超细共析微结构。我们预计该方法将适用于其他形成共析金属的合金系统，并将在航空航天和生物医学行业中得到应用。相关成果以题为“Additive manufacturing of ultrafine-grained high-strength titanium alloys”发表在了Nature。

【图文导读】

图1 Ti-6Al-4V和Ti-8.5Cu合金的3D打印

图2 Ti-8.5Cu合金的SEM表征

图3 3D打印的Ti-8.5Cu合金的TEM表征

图4 3D打印后Ti-Cu合金的机械性能

文献链接：Additive manufacturing of ultrafine-grained high-strength titanium alloys（Nature，2019，DOI:10.1038/s41586-019-1783-1）

本文由木文韬翻译，材料牛整理编辑。

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