西安交大盧秉恒院士增材制造頂刊《AM》：增材制造新型高性能鈦纖維增強(qiáng)5xxx鋁合金(2)
時(shí)間：2023-03-06 10:58 來(lái)源：材料學(xué)網(wǎng) 作者：admin 閱讀：次
圖6 原始Ti64的IPF圖像，如建成的Al5183鋁合金和TFRA
(a)原裝Ti64線;(b) Al5183鋁合金沉積;(c) TFRA沉積上部(I區(qū)+部分II區(qū));(d) TFRA沉積下部(第II區(qū));(e) TFRA沉積上部I區(qū)部分界面面積;(f) TFRA下部第II區(qū)部分界面區(qū)。
圖7 鋁合金上下區(qū)域極坐標(biāo)圖
(a)鋁合金上半部，(b)鋁合金下半部。
圖8 Ti64合金的極性圖。
(a)粗電線;(b)鈦合金絲I區(qū);(c)鈦合金絲中的II區(qū)。
圖9 (a) Ti64、Al5183沉積和鋼絲添加劑TFRA的拉伸(應(yīng)力-應(yīng)變)曲線;(b) 5系鋁合金電弧焊或絲材添加劑的拉伸性能。
圖10 (a)擺錘對(duì)Al5183和TFRA的沖擊結(jié)果圖;(b) TFRA在撞擊過(guò)程中的示意圖。
圖11 (a) TFRA拉伸試樣斷口形貌;(b)鋁合金基體斷口形貌;(c)鈦合金絲材的邊緣過(guò)渡區(qū);(d)鈦合金絲纖維區(qū)-輻射區(qū)形態(tài);(e)鈦合金絲纖維帶形態(tài);(f)鈦合金絲輻射區(qū)的形態(tài)。
圖12 TFRA試樣沖擊試驗(yàn)結(jié)果的形貌。
(a)沖擊試樣的斷裂形態(tài);(b)斷絲的斷口形態(tài);(c)對(duì)應(yīng)的成分掃描分布;(d) Ti分布;(e) Al分布;(f) V分布;(g) Mg分布。
圖13所示。拉伸試驗(yàn)得到的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
綜上所述，本文利用CMT - DED -電弧成功制備了鈦合金纖維增強(qiáng)鋁合金(TFRA)壁狀構(gòu)件，并顯著提高了構(gòu)件的強(qiáng)度和沖擊韌性。根據(jù)本研究的結(jié)果，可以得出以下結(jié)論:
1）采用CMT - DED -電弧雙絲進(jìn)給系統(tǒng)制備了穩(wěn)定、均勻的鈦纖維增強(qiáng)鋁合金構(gòu)件。通過(guò)控制鈦合金絲的進(jìn)給路徑和沉積過(guò)程中的電弧熱輸入，使鈦合金絲保持固態(tài)。
2）鈦合金絲與鋁合金基體界面厚度約為3 ~ 10 μ m，化學(xué)成分呈梯度轉(zhuǎn)變，無(wú)明顯開(kāi)裂傾向。振蕩模式避免了CMT - DED -電弧過(guò)程中產(chǎn)生較厚的脆性金屬間相。
3)與未增強(qiáng)的DED-弧鋁構(gòu)件相比，添加10.5%體積分?jǐn)?shù)的鈦纖維后，TFRA構(gòu)件的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和比強(qiáng)度分別提高了124%、33%和25%。同時(shí)，其延伸率保持在20%左右，與鋁合金構(gòu)件板的延伸率一致。混合定律理論和有限元分析驗(yàn)證了材料性能的改善主要是由于鈦增強(qiáng)纖維的引入。
4）與未加固構(gòu)件相比，TFRA構(gòu)件的沖擊能提高了128%。這是因?yàn)殇X基體的裂紋擴(kuò)展被鈦纖維阻斷，沖擊過(guò)程中吸收了大量的沖擊能量。
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