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3．3． SLM-Ti6Al4V显微组织演化

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图5为SLM-Ti6Al4V样品在不同的EPT状态下的光学显微图。值得注意的是，样本的构建方向是垂直的。可见，在温度梯度的驱动下，外延柱状β晶粒沿建筑方向生长。有趣的是，在6kv ~ 7.5 kV放电电压范围内，β晶粒呈柱状结构，宽度基本保持不变。柱状晶粒相对直的边界逐渐向锯齿状边界转变，如图5a-d所示。当放电电压达到8 kV和8.5 kV时，β晶粒呈等轴状，晶粒直径由108μm增大到302μm。表4列出了先前β晶粒的柱状柱宽或等轴晶粒尺寸，除EPT-8.5样品显著增大外，随放电电压的增加，柱状柱宽或等轴晶粒尺寸的增加趋势非常轻微。

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图5 (a) EPT-0， (b) EPT-6， (c) EPT-7， (d) EPT-7.5， (e) EPT-8和(f) EPT-8.5的光学图像。

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表4 非EPTed和EPTed样品中β晶粒的大小。

利用扫描电镜(SEM)和电子扫描电镜(EBSD)技术研究了SLM-Ti6Al4V合金在电子扫描电镜(EPT)处理前后的组织演变。从图6可以看出，ep -0试样中β柱状晶粒内部存在大量高纵横比的细小α片层，这与图4的XRD结果吻合较好。合金的α/β组织受Burgers关系控制，对合金的强度和塑性起着关键作用。一个有趣的发现是，EPT-7.5、EPT-8和EPT-8.5样品的α层状结构比EPT-0、EPT-6和EPT-7致密，这意味着EPT-7.5、EPT-8和EPT-8.5样品的冶金结合更好。此外，在EPT-8和EPT-8.5样品中可以发现更明显的Widmannstatten组织和更薄的层状α相(图6e和f)。

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图6 (a) EPT-0， (b) EPT-6， (c) EPT-7， (d) EPT-7.5， (e) EPT-8和(f) EPT-8.5扫描电镜(SEM)图像。

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进一步对层状α相的EBSD观察如图7所示，表明这些样品主要由不同宽度的层状α结构组成，如图8所示。在EPT-0、EPT-6、EPT-7和EPT-7.5样品中，随着放电电压的增加，α片层宽度从1.0μm增加到2.29μm(图7a-d)。值得注意的是，当电场放电电压分别达到8 kV和8.5 kV时，α片层结构明显细化为0.73 μ m和0.88 μ m(图8e和f)。

图7 (a) EPT-0， (b) EPT-6， (c) EPT-7， (d) EPT-7.5， (e) EPT-8， (f) EPT-8.5的IPF图像。

图8 α层片宽度在不同样品中的分布分别为(a) EPT-0， (b) EPT-6， (c) EPT-7， (d) EPT-7.5， (e) EPT-8和(f) EPT-8.5。

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为了验证位错结构在样品中的演化进行了TEM实验。图9a为样品EPT-0的微观结构，以“A”标记的区域的插入选区电子衍射(SAED)图形表示α相的HCP结构。在EPT-0(图9a)和EPT-6(图9b)样品中，层状α相内部分别存在可见的位错，如图箭头所示。相比之下，EPT-7.5样品的位错密度明显降低。当电场电压达到8.5 kV时，出现了宽度为~300 nm的α超细片层结构(图9d)。

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图9 (a) EPT-0， (b) EPT-6， (c) EPT-7.5， (d) EPT-8.5的亮场(BF)图像。在(a)中插入相应的α相SAED图。

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4.?讨论

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4．1.?电场下的快速相变

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显微硬度和相应的组织演化是由EPT诱导的热效应和非热效应耦合作用造成的。一方面，我们讨论了SLM过程固有的高冷却速率诱导SLM- ti6al4v合金具有细α板条篮织组织(图5a和图6a)。此外，合金内部较高的位错密度(图9a)阻碍了位错的运动，导致了相对较高的显微硬度(图3)。

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从图5的光学显微图可以看出，在电场下，随着放电电压的增加，β相变发生。焦耳热引起的热效应在很短的时间内以纳秒量级完成。电子与原子之间周期性的剧烈冲击力可以提供非热效应，电子风理论也可以解释非热效应。

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经过镁处理和适当接种CE >4.3 的铸铁在铸造过程中的组织演变如下图所示。

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描述球墨铸铁凝固过程的相图、冷却曲线和步骤。

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在6 ~ 7.5 kV的较低放电电压下，初始β柱状晶粒和α片层没有明显变化。据此推测，原始β柱状晶的形态变化可能与热压应力有关，热压应力是在快速加热过程中，由于热膨胀滞后于温度而产生的，可以表示为σ = Eα?T，其中E为杨氏模量，α为热膨胀系数。同时，在电脉冲处理时，通过试样的电流受到电极的约束，也会产生瞬态热压应力。因此，β晶界由原来的直晶界转变为锯齿晶界。

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然而，根据之前的研究，焦耳热会对α片层的尺寸产生一定的影响，这可能是晶界迁移引起的。α片层组织的大小直接影响合金的机械性能。α层的平均宽度在EPT‐0样品中从~1 μm增加到EPT-7.5样品中的2.29 μm，显微硬度从pt -0样品的362 HV降低到pt -7.5样品的336 HV。电子风的作用力可以促进位错的运动，这可能是导致图9a-c所示α片层结构内部位错密度降低，进而导致显微硬度降低的原因。综上所述，在6 kV ~ 7.5 kV的放电电压下，α片层宽度的增加和位错密度的降低是导致试样软化的主要因素。

文章来源：《中国激光医学杂志》 网址: http://www.zgjgyxzzzz.cn/zonghexinwen/2022/0112/1496.html