采用粉床型电子束增材制造技术(Selective electron beam melting,SEBM)制备了W-3.5Nb合金,分析了在电子束低速扫描、高速扫描、两次熔化三种熔化条件下W-3.5Nb合金的成形缺陷和显微组织。研究结果表明:W-3.5Nb合金的成形缺陷主要包括熔合不良和微裂纹,低速扫描可有效降低缺陷含量。熔合不良主要由熔池的球化和扰动导致,微裂纹主要是由凝固过程中枝晶间液相的凝固收缩引起。不同扫描速度下,熔池的凝固过程不同,合金呈现出不同的组织特点。在高速扫描时,由于扫描层间熔合不充分,合金外延生长不明显,形成细小等轴晶,没有明显的择优取向;低速扫描时,在外延生长的作用下,形成粗大的柱状晶组织,沿成形方向形成(001)方向择优取向;在单层两次熔化条件下,柱状晶特性和晶粒的择优取向减弱。
以球形Ti-5Ta-30Nb-8Zr合金粉末为原料,开展了粉床电子束3D打印技术制备钛合金样品的工艺研究。通过分区成形工艺控制,在一次成形中完成多种熔化电流或多种扫描速度的并行实验,快速获得该合金粉末在不同熔化工艺下的成形样品。粉床电子束3D打印成形Ti-5Ta-30Nb-8Zr合金的最佳工艺参数为熔化电流20 m A,扫描速度800 mm/s。在该工艺条件下,加工出的钛合金样品致密度高、内部缺陷少、组织均匀。与传统实验方法相比,分区控制成形技术的研究效率提高150%,可大幅降低研发成本。
