Ti6Al4V在不同成形工艺下的数值分析及组织性能

摘要

基于选区激光熔化和熔模铸造不同工艺成形原理,采用有限元数值分析软件以及Fortran语言编写的DLUX子程序进行有限元仿真模拟,研究试样在不同成形方式下冷却速度与温度场动态过程。采用选区激光熔化和熔模铸造制备不同的Ti6Al4V钛合金试样,探寻冷却过程对微观组织、晶粒结构与力学性能内部联系。结果表明:选区激光熔化(selective laser melting,SLM)成形试样的微观状态下均匀分布着针状马氏体α’相,片层交错堆积排列形成网篮组织;熔模铸造成形试样的金相组织为粗大片状原始β晶粒,β晶粒中分布着长条状的α相,各α片之间由β相隔开形成魏氏组织。基于PROCAST的CAFé模块发现熔模铸造晶粒尺寸在凝固过程中逐渐增大,晶粒数量逐渐减少,出现了晶粒择优生长现象。SLM的平均冷却速率为8.88×10^(5)℃·s^(-1),相比熔模铸造平均冷却速率(0.87℃·s^(-1))提高了1.02×106倍。在高冷速下SLM试样产生的细小晶粒产生了细晶强化特性,抗拉强度和屈服强度分别达到1132.14 MPa和1057.11 MPa,相比熔模铸造提高了20.76%和25.30%,并具备更高的塑性,综合性能优于熔模铸造,满足了工业行业标准需求。