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Ti6Al4V合金激光粉末床熔融制造过程中的热动力学计算评估及相关微观结构演变

DOI：10.1038/s41598-020-63281-4 期刊：Scientific Reports 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 尽管激光粉末床熔融（LPBF）增材制造工艺产生的合金近非平衡微观结构正被快速报道，但整个过程的可解释热动力学却鲜少研究。为利用该增材制造工艺实现构建材料的理想性能，理解与之相关的热动力学至关重要。为此，我们基于有限元法开发了三维热动力学模型，以关联增材制造Ti6Al4V合金中演变的微观结构。该计算模型得出了单层多次激光扫描及多层堆叠构建整体部件时特定位置经历的热分布模式。X射线分析证实构建平面内存在(002)织构的针状马氏体(α′)相。通过计算预测增材制造Ti6Al4V合金不同方向(X、Y和Z)的热梯度大小，有助于理解原始β晶粒中针状马氏体晶粒形貌与取向的演变。合金的扫描电镜观察揭示了马氏体相内析出相的独特形貌，而其存在机制则通过预测热历史得以阐明。
作者： Mangesh V. Pantawane，Yee-Hsien Ho，Sameehan S. Joshi，Narendra B. Dahotre
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

理解与激光粉末床熔融（LPBF）增材制造（AM）工艺相关的热动力学及其与增材制造的Ti6Al4V合金中所演化微观结构的相关性。

研究成果

本研究开发的计算模型有助于理解与Ti6Al4V合金激光粉末床熔融（LPBF）工艺相关的单道激光扫描过程中的热演化。预测的马氏体起始温度下的冷却速率支持了马氏体的形成，这一结论通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）图像得到证实。计算预测的单层加工过程中的热演化产生了具有不同冷却速率和定向热梯度的热历史。这些计算结果有助于理解实验观察结果，例如马氏体相的形成、柱状先β晶粒以及马氏体的形态取向。

研究不足

该研究聚焦于LPBF制备的Ti6Al4V合金的热动力学与微观组织演变，但未深入探讨LPBF过程中应力的演化。

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