高強度・高靭性積層造形用Ti-6Al-4Vの球状化熱処理

高強度・高靭性積層造形用Ti-6Al-4Vの球状化熱処理
編集者:肖宇森、高温合金精密成形研究センターマスター、2018年

1 はじめに
SLM 法で製造された TC4 合金は、独自の製造プロセスを採用しており、粒子内部に微細な針状 α' マルテンサイトを含む粗大な一次柱状 β 粒子などの微細構造を備えています。上記の微細構造は、高強度、低延性、異方性の機械的特性を備えています。現在、調製チタンの最大延性は 12% であり、これは従来の鍛造材料の 18 ~ 20% よりもはるかに低く、調製チタンの機械的特性によりその用途が制限されています。総合的な機械的特性を向上させるには、レーザーショットピーニング、熱処理などの特定の後処理技術を追加する必要があります。従来のチタン合金の熱処理技術では、熱間鍛造中に大きな変形を加えて球状化を実現していましたが、ニアネットシェイプを特徴とするSLMではこれは実現可能ではありませんでした。本論文では、二重状態の球状化構造を実現するための新しい熱処理プロセスを提案する。

2 研究のアイデア<br /> 独自の熱サイクル機構を導入することで、ラメラ構造から二形球状構造への移行を実現します。この論文では、プロセスのさまざまな段階での α 相の形状を特徴付けるための SEM の使用、α 相と β 相の化学組成の違いを特徴付けるための EPMA の使用、および準備されたチタンの下部構造を特徴付けるための TEM の使用に焦点を当てています。

3 グラフィックガイド

図1:975℃と875℃を温度間隔として、緩やかな冷却と緩やかな加熱を行う熱サイクル機構 図2:975℃と875℃、平均925℃を定温熱処理とする(上記機構との比較実験)
図 3 の矢印は、チタンの製造中に高密度転位によって形成された亜結晶粒界を示しています。
図 4: SEM 後方散乱パターンの矢印は熱トレンチングを示しています。
図5:図4のEPMA画像の青い領域はV-poor領域であり、α相です。
図 6: 熱サイクル中の 875℃ での SEM 画像の α 相には、一定の球状化特性があります。
図7:熱サイクル中の975℃におけるSEM画像のα相には一定の球状化特性があり、矢印は熱溝現象を示しています。

図8: 熱サイクル中の875℃におけるSEM画像のα相には明らかな球状化特性が見られます。
図 9: 熱サイクル中の α 相の体積分率 熱サイクル プロセス中に α 相の体積分率が継続的に増加することが観察されます。

図 10: 熱サイクル中の α 相の球形度。熱サイクルが進むにつれて球形度が増加します。
4 結論 本論文では、熱サイクル機構を導入し、作製したチタン特有の高密度転位と亜粒界を利用することで、層状構造から二重状態球状化構造への変換に成功しました。従来の熱処理とは異なり、熱サイクル機構は球状化を達成するために大きな変形を必要とせず、積層造形のニアネットシェイプ成形に完全に一致し、優れた後処理技術です。

出典:高温合金精密成形研究センター この記事は、高温合金精密成形研究センターの2018年度修士課程学生である肖宇森によって編集されました。

製造、高強度、高靭性、球状化、球状化熱処理

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