激光粉床熔化（L-PBF）技術(shù)具有成型致密度高、力學(xué)性能優(yōu)異、可制備復(fù)雜零件和節(jié)省材料等優(yōu)勢(shì)。Ti-6Al-4V 已被廣泛應(yīng)用于增材制造領(lǐng)域，為了進(jìn)一步提高該合金的力學(xué)性能，通過(guò)引入微量增強(qiáng)相以及結(jié)合適當(dāng)?shù)臒崽幚韥?lái)對(duì)Ti-6Al-4V 合金進(jìn)行改性是一種有效手段。

近日，來(lái)自加拿大McMaster University 的研究人員發(fā)現(xiàn)添加微量B4C作為增強(qiáng)相和適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢杂行д{(diào)控增材制造Ti-6Al-4V 合金的微觀組織并顯著提升合金的力學(xué)性能。相關(guān)論文以Unique opportunities for microstructure engineering via trace B4C addition to Ti-6Al-4V through laser powder bed fusion process:As-built and heat-treated scenarios為題發(fā)表在Additive Manufacturing上。

研究人員通過(guò)優(yōu)化的L-PBF 工藝制備了致密的Ti-6Al-4V 合金和Ti-6Al-4V/0.2% B4C（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）復(fù)合材料，并通過(guò)DSC 對(duì)兩種材料的β 相變點(diǎn)進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，微量B4C 的引入顯著推遲了升溫過(guò)程中放熱峰的到來(lái)以及冷卻過(guò)程中放熱峰的寬化。

對(duì)兩種材料在亞臨界區(qū)及β 單相區(qū)分別進(jìn)行退火。發(fā)現(xiàn)Ti-6Al-4V/B4C 復(fù)合材料內(nèi)部出現(xiàn)了完全等軸的α 晶粒，該類(lèi)等軸組織的Ti-6Al-4V/B4C 具有極佳的綜合力學(xué)性能、良好的強(qiáng)度和塑性。原因是Ti-6Al-4V/B4C 復(fù)合材料中的針狀TiB 相有效限制了α 相的生長(zhǎng)。

研究人員對(duì)兩種材料的各種強(qiáng)化機(jī)制進(jìn)行了定量統(tǒng)計(jì)。證明了B4C 的加入對(duì)Ti-6Al-4V 合金的強(qiáng)度貢獻(xiàn)主要來(lái)源于Hall-Petch 細(xì)晶強(qiáng)化效應(yīng)以及C 原子的固溶強(qiáng)化效應(yīng)，TiB 相帶來(lái)的載荷傳遞作用以及位錯(cuò)強(qiáng)化也對(duì)Ti-6Al-4V/B4C 復(fù)合材料的強(qiáng)度具有一定增強(qiáng)作用。研究說(shuō)明β 熱處理是提高Ti-6Al-4V/B4C 復(fù)合材料綜合力學(xué)性能的有效手段。左圖為T(mén)i-6Al-4V/0.2% B4C（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）復(fù)合材料固溶后的等軸晶體。