Инновационные бейнитные титановые сплавы для усовершенствованного аддитивного производства

Исследователи из Университета RMIT в Австралии в сотрудничестве с Tescan Group в Чехии и Университетом Северного Техаса в США разработали новые бейнитные титановые сплавы (Ti-Cu-Fe), предназначенные специально для аддитивного производства (AM). Этот прорыв имеет потенциал для значительного улучшения качества и производительности компонентов, производимых с помощью AM, особенно в отраслях, где требуются высокопрочные материалы.

Усовершенствования в проектировании сплавов для аддитивного производства

Исследование, опубликованное в *Materials & Design*, фокусируется на использовании конституционного переохлаждения в сплавах Ti-Cu-Fe для подавления роста крупных столбчатых зерен, что является распространенной проблемой в титановых сплавах AM. Этот процесс позволяет сформировать утонченную, равноосную структуру зерна, что необходимо для улучшения механических свойств материала.

Используя направленное энергетическое осаждение (DED), особый тип аддитивного производства, исследователи успешно манипулировали микроструктурой затвердевания. Этот метод привел к бейнитной микроструктуре, характеризующейся α-фазой, интерметаллической фазой Ti2Cu и сохраненной матрицей β-фазы. Такая микроструктура очень полезна, поскольку она повышает прочность и долговечность материала, делая его более подходящим для требовательных применений.

Микроструктурный анализ сплавов Ti-Cu-Fe, полученных методом направленного энергетического осаждения (DED). Панели a) и b) показывают Ti-2Cu-4Fe, где красные стрелки указывают на частицы Ti2Cu. Панели c) и d) изображают Ti-4Cu-4Fe, в то время как e) и f) иллюстрируют Ti-6Cu-4Fe. Наконец, панели g) и h) отображают Ti-4Cu-6Fe. Красные прямоугольники выделяют области, увеличенные на соседних изображениях. В этих микроструктурах самые темные частицы/планки представляют собой α-фазу, серая матрица — β-фазу, а самые светлые частицы — интерметаллическую фазу Ti2Cu. (Изображение предоставлено: Materials & Design)

Потенциальные приложения и будущие исследования

Разработанная исследователями система сплавов Ti-Cu-Fe имеет значительные перспективы для дальнейшего улучшения механических свойств посредством проектирования границ зерен и введения дополнительных центров зародышеобразования. Это потенциальное улучшение может привести к производству еще более прочных и более устойчивых компонентов.

Последствия этого исследования существенны, особенно для таких отраслей, как аэрокосмическая, автомобильная и биомедицинская, где высокопроизводительные материалы имеют решающее значение. Использование недорогих элементарных порошков в сочетании с передовыми производственными технологиями, такими как DED, также может сделать эту технологию более доступной и экономически эффективной.

Заключительные мысли

Подводя итог, можно сказать, что разработка этих новых бейнитных титановых сплавов представляет собой значительный шаг вперед в аддитивном производстве. Решая ключевые проблемы в микроструктуре компонентов, производимых с помощью AM, это исследование открывает новые возможности для создания материалов с превосходными механическими свойствами. Поскольку область аддитивного производства продолжает расти, такие инновации будут играть решающую роль в формировании ее будущего.

Для тех, кто заинтересован в более глубоком понимании исследования, полное исследование доступно здесь.

Источник: metal-am.com