La composizione diLega di titanio TC4è Ti-6AI-4V, che appartiene alla lega di titanio di tipo (a+β). Ha buone proprietà meccaniche complete, elevata resistenza specifica, eccellente resistenza alla corrosione, buona biocompatibilità ed è ampiamente utilizzato nei campi aerospaziale, petrolchimico, biomedico e altri. Questo articolo seleziona il metodo dell'elettrodo rotante al plasma da prepararepolvere di lega di titanioe discute il meccanismo di sferoidizzazione della polvere di lega di titanio. Viene esplorata la legge di evoluzione della sua microstruttura e vengono discussi i principali metodi di trattamento termico, fornendo le basi teoriche necessarie per l'applicazione della lega di titanio TC4 nella tecnologia di stampa 3D.
2.1 Materiali e metodi sperimentali: la polvere di lega TC4 è stata preparata mediante il metodo di atomizzazione dell'elettrodo rotante al plasma e la sua composizione chimica è stata analizzata mediante strumenti, come mostrato nella Tabella 1.
| Al | Fe | V | C | N | E | O | H | Di |
| 6.25 | 0.27 | 3.92 | 0.1 | 0.006 | 0.10 | 0.12 | 0.005 | 89.23 |
Secondo la tabella, il contenuto di H, N e O nella polvere è relativamente basso, il che soddisfa i requisiti per la stampa di prodotti ad alte prestazioni. La forma delle particelle di polvere preparate mediante questo processo è molto simile a quella sferica, con una superficie liscia, buona scorrevolezza e senza impurità eccessive. L'immagine SEM osservata al microscopio elettronico a scansione è mostrata nella Figura 1 e le singole particelle di polvere sono mostrate nella Figura 2. Attraverso l'osservazione, quando la forma geometrica delle particelle di polvere di lega di titanio TC4 è sferica, la formabilità è buona, mentre la polvere ellittica ha scarsa fluidità e formabilità. La polvere sferica in lega di titanio ha una buona fluidità durante la preparazione alla stampa 3D laser.
2.2 Risultati sperimentali e analisi 2.2.1 Meccanismo di formazione delle sfere della polvere di lega di titanio TC4 Nella tecnologia di stampa 3D, il materiale in polvere metallica è la materia prima per la stampa 3D metallica e le sue proprietà di base hanno un impatto significativo sulla qualità della formazione del prodotto finale. È anche una delle basi materiali e degli elementi chiave per ottenere una prototipazione rapida. La polvere di lega TC4 preparata mediante il metodo di atomizzazione con elettrodo rotante al plasma ha una forma delle particelle molto vicina a quella sferica, con una superficie liscia e una buona scorrevolezza. Il meccanismo di formazione di sfere di polvere consiste principalmente di tre processi, come mostrato nella Figura 3. Nel primo processo, le goccioline di lega fusa vengono colpite da un flusso d'aria ad alta velocità, che le fa crescere in una pellicola liquida ondulata e si allontanano dal centro del gas ad alta velocità; Nel secondo processo, a causa della pressione, le goccioline allungate della lega sono instabili. Sotto la tensione superficiale del liquido, vengono poi soffiati e rotti, formando goccioline ellittiche; Nel terzo processo, la gocciolina ellittica continua a rompersi nuovamente sotto l'azione della pressione dell'aria e della tensione superficiale del liquido, e viene segmentata in numerose piccole goccioline. Sotto l'azione della tensione superficiale, la gocciolina tende a restringersi in forma sferica durante il processo di discesa, e il raffreddamento accelera, solidificandosi immediatamente in forma sferica.
Questo esperimento può ottenere dimensioni delle particelle di lega di titanio TC4 distribuite principalmente nell'intervallo 50-160 μ m controllando i parametri rilevanti dell'esperimento. La distribuzione delle dimensioni delle particelle è stretta e soddisfa i requisiti della stampa 3D.
2.2.2 Microstruttura del campione di lega di titanio TC4 La struttura metallografica della sezione trasversale del campione di lega di titanio TC4 è mostrata nella Figura 4. Quando il fascio ionico agisce sulla polvere di lega di titanio TC4, si forma un pool fuso circolare. All'interno del bagno di fusione, la temperatura diminuisce gradualmente dal centro verso il bordo, mostrando una distribuzione gaussiana. La differenza di temperatura determina vari gradi di fusione della polvere di lega di titanio TC4, con polveri a temperature più basse nella regione del bordo che rimangono non fuse o non sufficientemente fuse, portando a differenze nella microstruttura e nelle dimensioni dei grani tra il pool di fusione e la regione del bordo. L'uso della modalità punto a impulsi per il rivestimento in polvere metallica può ridurre l'influenza del gradiente di temperatura sulla zona interessata dal calore. Quando quest'ultima fonte di calore agisce sulla polvere di lega, fornisce energia anche alla zona marginale del punto precedente per la rifusione. Dopo aver ottenuto l'energia, i grani continuano a crescere lungo la direzione di assorbimento dell'energia.
La foto della struttura metallografica della sezione longitudinale del campione di lega di titanio TC4 è mostrata nella Figura 5. Attraverso l'osservazione al microscopio metallografico, la microstruttura è costituita da prodotti β - colonnari grossolani. Come mostrato nella Figura 5, i confini dei grani possono essere chiaramente osservati e i cristalli colonnari crescono lungo la direzione dello strato di impilamento, con diverse direzioni di crescita. La crescita si arresta al confine β - cristallo colonnare e, allo stesso tempo, i cristalli colonnari lontani dal substrato continuano a crescere epitassialmente, con il fenomeno della crescita dei grani. Dopo l'analisi, si è scoperto che la temperatura generata durante la preparazione della lega TC4 mediante stampa 3D ha un impatto sulla microstruttura della lega di titanio. Quando parte della polvere della lega viene fusa dal fascio ionico, la parte anteriore della lega viene riscaldata nuovamente. Tuttavia, il coefficiente di autodiffusione della fase beta della lega TC4 è relativamente elevato e un'energia inferiore può favorire la crescita del grano. Pertanto, i cristalli colonnari tendono a crescere e a surriscaldarsi durante il riscaldamento.
Pertanto, il controllo dell’energia della fonte di calore può alterare efficacemente la microstruttura della lega TC4.
2.2.3 Soluzione solida e trattamento termico di invecchiamento La Figura 6 mostra la struttura metallografica della lega TC4 in tre diversi stati di trattamento termico: come depositata (a), 970 ° C/1h+540 ° C/4h (b) e 970 ° C /1h (c). La lega TC4 depositata ha una microstruttura mista di soluzione solida alfa e soluzione solida beta; Dopo il trattamento termico a 970°C/1h+540°C/4h (b), la struttura metallografica si è trasformata in una struttura a cestello a rete; Dopo un ulteriore trattamento termico a 970°C/FC/1h (c), la struttura si è trasformata in una struttura bimodale costituita da una struttura a cestello e da una fase alfa sferoidizzata. Tra questi, le prestazioni di scorrimento alle alte temperature, la resistenza e la plasticità della struttura del cestello sono buone, mentre la plasticità della struttura bimodale è bassa e la resistenza è elevata.
Attraverso l'analisi, è noto che la soluzione solida e il trattamento termico di invecchiamento possono effettivamente migliorare la resistenza e la plasticità della lega di titanio TC4, ma la velocità di raffreddamento ha un impatto significativo sulla resistenza e la plasticità della lega di titanio TC4 e dovrebbero essere adottati metodi di raffreddamento appropriati nella produzione.
La Figura 7 mostra le immagini microscopiche della microstruttura del cestello in rete di lega di titanio TC4 con diversi metodi di raffreddamento. Quando la lega di titanio TC4 viene raffreddata ad aria, si verifica una trasformazione di fase di semi diffusione. Dopo la soluzione solida e il trattamento di invecchiamento, la soluzione solida della fase β tra la soluzione solida della fase α primaria apparirà come una piccola soluzione solida della fase α secondaria, come mostrato nella Figura 7 (a); Quando la lega di titanio TC4 viene raffreddata in un forno, si verifica una trasformazione di fase di tipo diffusione. Dopo il trattamento con soluzione solida, si forma una struttura bimodale. La soluzione solida della fase β tra la soluzione solida della fase α primaria nella lega non produce una soluzione solida della fase α secondaria a causa della mancanza di successivo trattamento termico di invecchiamento, come mostrato nella Figura 7 (b); In confronto, si può vedere che in condizioni di raffreddamento del forno, i confini dei grani e la soluzione solida intragranulare in fase alfa sono più grossolani rispetto alle condizioni di raffreddamento ad aria. Quando la lega di titanio TC4 è sottoposta a forze esterne, è più probabile che si formino e si propaghino crepe ai bordi dei grani, con conseguente riduzione della plasticità e non viene utilizzato lo stampaggio a stampa.
Riepilogo: (1) Polvere di lega di titanio TC4 preparata con il metodo dell'elettrodo rotante al plasma (Tianjiu Metal può personalizzare la polvere di lega di titanio TC4 con diversi processi in base alle esigenze del cliente), la forma delle particelle di polvere è molto simile a quella sferica, la superficie è liscia, il la fluidità è buona e ha buone caratteristiche della polvere, che soddisfa i requisiti della stampa 3D.
(2) La microstruttura della sezione trasversale della lega di titanio TC4 mostra cristalli colonnari che si irradiano dal centro della temperatura fino al bordo, mentre la microstruttura della sezione longitudinale mostra cristalli colonnari che crescono lungo la direzione dello strato di impilamento. Il controllo dell'energia della fonte di calore può migliorare efficacemente la microstruttura della lega di titanio TC4.
(3) Il metodo di trattamento termico della soluzione solida+invecchiamento e raffreddamento ad aria migliora efficacemente la resistenza e la plasticità della lega di titanio TC4 depositata, facendo in modo che le sue prestazioni soddisfino i requisiti della stampa 3D della lega di titanio TC4.
SAT NANO è il miglior fornitore di polvere di lega di titanio in polvere di lega TC4 in Cina, possiamo offrire particelle da 15-45um, 15-53um, 45-105um e altre dimensioni delle particelle, se avete domande, non esitate a contattarci all'indirizzo sales03 @satnano.com
