近日，华南理工大学机械与汽车工程学院王智教授课题组联合新加坡南洋理工大学Upadrasta Ramamurty教授团队在金属材料顶级期刊Acta Materialia在线发表论文“High-Temperature Fracture Behavior of an α/β Titanium Alloy manufactured using Laser Powder Bed Fusion”。该项成果揭示了均匀β相韧带分布对双相片层组织钛合金的高温断裂行为和疲劳行为的影响机理。
华南理工大学博士研究生谢美燊为第一作者，南洋理工大学Huang Sheng博士和华南理工大学王智教授为共同通讯作者，南洋理工大学Upadrasta Ramamurty教授为合作作者。
激光粉末床熔融技术( L-PBF )增材制造钛合金在航空航天有着广泛的应用前景，本工作采用L-PBF制备出Ti-6Al-3Mo-1Zr双相钛合金，研究室温和高温下的拉伸力学性能、断裂韧性和抗疲劳性能。
本研究首先揭示了打印态（近全马氏体）和退火态组织（α+β片层）的形成及其与拉伸性能、断裂韧性和疲劳裂纹扩展行为的关系。发现打印态合金形成粗大柱状初生β晶粒，在β晶粒内部形成精细亚稳态马氏体组织，在马氏体组织中存在高密度位错、层错和孪晶等。退火后在板条间析出β相韧带，转为α+β片层组织，尺寸依然保留打印态快冷的细小特征。随着力学性能测试温度的增加，打印态合金强度下降而断裂韧性先增加后降低。退火导致合金在室温和高温下强度降低，但延伸率、断裂韧性均有所提高。同时，研究还剖析了α+β片层组织中β相韧带在合金强韧化中的关键作用。β相韧带缓解了沿初始β晶界的局部应变程度，从而抑制孔洞在初始β晶界处萌生和长大。尽管抗疲劳裂纹扩展阻力在Paris区随温度升高而下降，但在近门槛区随温度升高而提高，主要是蠕变诱导的裂纹尖端钝化所致。此外，在300 °C退火的样品中观察到双Paris指数现象，转折点归因于氢辅助裂纹扩展，β相提供了氢加速扩散途径。
本研究揭示了β相含量对L-PBF制备Ti-6Al-3Mo-1Zr双相钛合金的室温/高温断裂行为和疲劳行为的作用机理，为增材制造钛合金的断裂失效行为研究提供了参考。（图文/王智）
相关成果链接：
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120211
