热处理调控增材制造硼化物强化TiAl合金的微观结构与力学性能

本文系统研究了选择性电子束熔融(SEBM)制备的Ti-47Al-2Mn-2Nb-0.9B(at.%)合金经热处理(HT)后的组织演变规律。研究发现，快速凝固特性使原始组织呈现均匀细小的近γ(NG)结构(平均晶粒尺寸4.2μm)，后续热处理通过调控冷却速率可获得细化的全片层(FL)结构和短棒状硼化物弥散分布。其中，提高冷却速率可减小片层间距，结合硼化物的晶界钉扎效应(Orowan/热失配强化)，使合金在650°C下实现830.53MPa抗拉强度和3.1%延伸率的优异平衡。该研究为航空航天发动机用轻量化高温结构材料开发提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过选择性电子束熔融(SEBM)结合热处理(HT)工艺，成功在T46XD合金中获得细化的全片层(FL)结构，系统探究了HT冷却速率对微观结构演变和拉伸性能的影响。优化后的合金在保持优异高温强度的同时展现出良好的室温加工性能。

Microstructural evolution mechanism

在硼化物强化的TiAl合金相关研究中，高长径比硼化物常在晶界形成枝晶偏析，可能引发应力集中并降低力学性能。如图2所示，EB-T46合金中棒状硼化物呈弥散分布。高温下的共晶反应L→β+硼化物在SEBM工艺的小熔池和快速冷却特性作用下，显著缩短了从液态到固态的转变时间...

Conclusion

本研究主要获得以下结论：

1. 1.

   通过添加B元素和SEBM快速凝固特性，制备出晶粒尺寸细小(4.2μm)的EB-T46合金；

2. 2.

   热处理过程中硼化物的晶粒细化效应有效抑制异常晶粒长大；

3. 3.

   提高冷却速率可减小片层间距，使合金在650°C下实现830.53MPa抗拉强度和3.1%延伸率的优异性能组合。