添加微量B4C对增材制造钛合金组织及热处理行为的影响

激光粉床熔化（L-PBF）技术具有成型致密度高、力学性能优异、可制备复杂零件和节省材料等优势。Ti-6Al-4V 已被广泛应用于增材制造领域，为了进一步提高该合金的力学性能，通过引入微量增强相以及结合适当的热处理来对Ti-6Al-4V 合金进行改性是一种有效手段。

近日，来自加拿大McMaster University 的研究人员发现添加微量B4C作为增强相和适当的热处理可以有效调控增材制造Ti-6Al-4V 合金的微观组织并显著提升合金的力学性能。相关论文以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为题发表在Additive Manufacturing上。

研究人员通过优化的L-PBF 工艺制备了致密的Ti-6Al-4V 合金和Ti-6Al-4V/0.2% B4C（质量分数）复合材料，并通过DSC 对两种材料的β 相变点进行了测试。结果表明，微量B4C 的引入显著推迟了升温过程中放热峰的到来以及冷却过程中放热峰的宽化。

对两种材料在亚临界区及β 单相区分别进行退火。发现Ti-6Al-4V/B4C 复合材料内部出现了完全等轴的α 晶粒，该类等轴组织的Ti-6Al-4V/B4C 具有极佳的综合力学性能、良好的强度和塑性。原因是Ti-6Al-4V/B4C 复合材料中的针状TiB 相有效限制了α 相的生长。

研究人员对两种材料的各种强化机制进行了定量统计。证明了B4C 的加入对Ti-6Al-4V 合金的强度贡献主要来源于Hall-Petch 细晶强化效应以及C 原子的固溶强化效应，TiB 相带来的载荷传递作用以及位错强化也对Ti-6Al-4V/B4C 复合材料的强度具有一定增强作用。研究说明β 热处理是提高Ti-6Al-4V/B4C 复合材料综合力学性能的有效手段。左图为Ti-6Al-4V/0.2% B4C（质量分数）复合材料固溶后的等轴晶体。