TC4 티타늄 합금의 조성은 Ti-6AI-4V로 (a+β)형 티타늄 합금에 속합니다. 그것은 우수한 종합 기계적 특성, 높은 비강도, 우수한 내식성, 우수한 생체 적합성을 가지며 항공 우주, 석유 화학, 생물 의학 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 이 기사에서는 티타늄 합금 분말을 제조하기 위해 플라즈마 회전 전극 방법을 선택하고 티타늄 합금 분말의 구형화 메커니즘에 대해 논의합니다. 미세 구조의 진화 법칙을 탐구하고 주요 열처리 방법을 논의하여 3D 프린팅 기술에 TC4 티타늄 합금을 적용하는 데 필요한 이론적 기초를 제공합니다.

2.1 실험 재료 및 방법: 플라즈마 회전 전극 원자화 방법으로 TC4 합금 분말을 제조하고, 그 화학적 조성을 아래와 같은 장비로 분석했습니다.

2.2 실험 결과 및 분석 2.2.1 TC4 티타늄 합금 분말의 볼 형성 메커니즘 3D 프린팅 기술에서 금속 분말 재료는 금속 3D 프린팅의 원료이며 그 기본 특성은 최종 제품 형성 품질에 중요한 영향을 미칩니다. 이는 또한 신속한 프로토타이핑을 달성하기 위한 재료 기반이자 핵심 요소 중 하나입니다. 플라즈마 회전 전극 미립화법으로 제조된 TC4 합금 분말은 구형에 매우 가까운 입자 형태를 가지며, 표면이 매끄럽고 유동성이 좋다. 파우더 볼링의 메커니즘은 그림 3과 같이 주로 세 가지 공정으로 구성됩니다. 첫 번째 공정에서는 용융된 합금 방울이 고속 기류의 영향을 받아 물결 모양의 액체 필름으로 성장하여 가스 중심에서 멀어집니다. 고속으로; 두 번째 공정에서는 압력으로 인해 늘어난 합금 방울이 불안정해집니다. 액체의 표면 장력 하에서, 그들은 날아가고 부서져 타원형의 작은 물방울을 형성합니다. 세 번째 과정에서는 타원형 물방울이 기압과 액체 표면 장력의 작용으로 계속해서 다시 부서지고 여러 개의 작은 물방울로 분할됩니다. 표면 장력의 작용으로 물방울은 하강 과정에서 구형으로 수축하는 경향이 있으며 냉각이 가속화되어 즉시 구형으로 응고됩니다.

이 실험에서는 실험의 관련 매개변수를 제어하여 주로 50-160 μm 범위에 분포된 TC4 티타늄 합금 입자 크기를 얻을 수 있습니다. 입자 크기 분포가 좁고 3D 프린팅 요구 사항을 충족합니다.
2.2.2 TC4 티타늄 합금 샘플의 미세 구조 TC4 티타늄 합금 샘플 단면의 금속 조직은 그림 4에 나와 있습니다. 이온 빔이 TC4 티타늄 합금 분말에 작용하면 원형 용융 풀이 형성됩니다. 용융 풀 내에서는 중심에서 가장자리로 갈수록 온도가 점차 감소하여 가우스 분포를 나타냅니다. 온도 차이로 인해 TC4 티타늄 합금 분말의 용융 정도가 달라지며, 가장자리 영역의 낮은 온도에서 분말은 녹지 않거나 불충분하게 용융되어 용융 풀과 가장자리 영역 사이의 결정립 미세 구조 및 크기에 차이가 발생합니다. 금속 분말 클래딩에 펄스 도트 모드를 사용하면 열 영향부에 대한 온도 구배의 영향을 줄일 수 있습니다. 후자의 열원이 합금분말에 작용하면 재용융을 위해 이전 지점의 가장자리 부분에 에너지를 보충하기도 한다. 에너지를 얻은 후에도 입자는 에너지 흡수 방향을 따라 계속 성장합니다.

TC4 티타늄 합금 샘플의 종단면의 금속 조직 사진은 그림 5에 나와 있습니다. 금속 조직 현미경 관찰을 통해 미세 구조는 거친 β - 원주형 제품입니다. 그림 5에서 볼 수 있듯이, 결정립계가 명확하게 관찰되며, 주상 결정은 적층 방향을 따라 서로 다른 성장 방향으로 성장합니다. β-주상 결정 경계에서 성장이 멈추고 동시에 기판에서 멀리 떨어진 주상 결정이 결정 성장 현상과 함께 에피택셜 성장을 계속합니다. 분석 결과, 3D 프린팅을 통해 TC4 합금을 제조하는 동안 발생하는 온도가 티타늄 합금의 미세 구조에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 이온빔에 의해 합금분말의 일부가 녹으면 합금의 앞부분이 재가열된다. 그러나 TC4 합금의 베타상 자기 확산 계수는 상대적으로 크고 에너지가 작을수록 입자 성장을 촉진할 수 있습니다. 따라서 원주형 결정은 재가열 중에 성장하고 과열되기 쉽습니다.

따라서 열원의 에너지를 제어하면 TC4 합금의 미세 구조를 효과적으로 변경할 수 있습니다.

2.2.3 고용체 및 시효 열처리 그림 6은 증착된 상태(a), 970°C/1h+540°C/4h(b) 및 970°C의 세 가지 다른 열처리 상태에서 TC4 합금의 금속 조직을 보여줍니다. °C/1시간(c). 증착된 TC4 합금은 알파 고용체와 베타 고용체의 혼합 미세 구조를 가지고 있습니다. 970°C/1h+540°C/4h(b)에서 열처리한 후 금속조직 구조는 메쉬 바스켓 구조로 변형되었습니다. 970°C/FC/1h(c)에서 추가 열처리 후 구조는 바구니형 구조와 구상화 알파상으로 구성된 이중 구조로 변형되었습니다. 그 중 바스켓 구조는 고온 크리프 성능, 강도, 가소성이 좋은 반면, 바이모달 구조는 가소성이 낮고 강도가 높다.

분석을 통해 고용체 및 시효 열처리가 TC4 티타늄 합금의 강도와 가소성을 효과적으로 향상시킬 수 있는 것으로 알려져 있지만 냉각 속도는 TC4 티타늄 합금의 강도와 가소성에 중요한 영향을 미치므로 적절한 냉각 방법을 채택해야 합니다. 생산중입니다.
그림 7은 다양한 냉각 방법에서 TC4 티타늄 합금 메쉬 바스켓의 미세 구조에 대한 현미경 이미지를 보여줍니다. TC4 티타늄 합금이 공냉각되면 반확산 상 변형이 발생합니다. 고용체 및 시효 처리 후, 1차 α상 고용체 사이의 β상 고용체는 그림 7(a)와 같이 작은 2차 α상 고용체로 나타날 것입니다. TC4 티타늄 합금이 용광로에서 냉각되면 확산형 상변태가 발생합니다. 고용체 처리 후 바이모달 구조가 형성됩니다. 합금의 1차 α상 고용체 사이의 β상 고용체는 그림 7(b)와 같이 후속 시효 열처리 부족으로 인해 2차 α상 고용체가 생성되지 않습니다. 비교해 보면, 노 냉각 조건 하에서 결정립 경계와 입계 알파상 고용체는 공기 냉각 조건 하에서보다 더 거칠다는 것을 알 수 있습니다. TC4 티타늄 합금에 외력이 가해지면 결정립계에서 균열이 시작되고 전파될 가능성이 높아져 소성이 감소하고 인쇄 성형이 활용되지 않습니다.

요약: (1) 플라즈마 회전 전극 방법으로 제조된 TC4 티타늄 합금 분말(Tianjiu Metal은 고객 요구에 따라 다양한 공정으로 TC4 티타늄 합금 분말을 맞춤화할 수 있음), 분말 입자 모양이 구형에 매우 가깝고 표면이 매끄러우며, 유동성이 좋고 분말 특성이 좋아 3D 프린팅 요구 사항을 충족합니다.
(2) TC4 티타늄합금 단면의 미세구조는 온도중심에서 가장자리로 방사형 주상결정이 나타나는 반면, 종단면의 미세조직은 적층층 방향을 따라 주상결정이 성장하는 모습을 보인다. 열원에너지의 제어는 TC4 티타늄합금의 미세조직을 효과적으로 개선할 수 있다.
(3) 고용체+시효 및 공기 냉각의 열처리 방법은 증착된 TC4 티타늄 합금의 강도와 가소성을 효과적으로 향상시켜 성능이 TC4 티타늄 합금 3D 프린팅의 요구 사항을 충족시킵니다.