缺陷控制的SLM制备Ti-6Al-4V的拉伸性能( 四 ) _化石

2.3.在开始屈服和均匀伸长率时的变形机制

为了研究狗骨试样在初始屈服和均匀塑性拉伸过程中的变形机制，我们首先在低、中、高能打印狗骨试样的均匀变形区进行了死后TEM研究。由于原始打印组织中存在较高的缺陷密度和有限的均匀扩展( 2 % ~ 4 %之间。 ) ，断裂后没有明显的差异。无论试样类型如何，显微组织仍由粗大和细小的由孪晶和位错填充的拉长α′板条组成。

由于箔片厚度因样品不同而不同，在死后TEM研究中缺陷密度演化的量化具有挑战性，这是本研究所采用的电抛光技术所固有的。其他技术如FIB提供了更好的箔厚度控制，但离子束诱导的小位错环使TEM研究复杂化。然而，在L - PBF Ti64中缺乏明显的缺陷积累，这与已有报道的纳米晶材料中的缺陷积累类似，表明死后TEM研究并不是研究L - PBF Ti64变形机制的最佳工具。
2.4.原位SXRD结果

由于TEM研究的不包容性，我们在拉伸实验中进一步进行了原位SXRD实验，以研究其变形机制( 图。 4和 5 ) 。收集了4个狗骨试样的数据：H2和V8 ，它们的加工参数不同(表1 ) ，但拉伸性能却惊人地相似；P1垂直和P1水平，它们分别选择研究拉伸方向平行或垂直于构建尺寸时织构的影响。注意H2是颈缩后未出现立即失效的罕见水平试样之一。对{ 1010 、{ 1120 、{ 0002 、{ 1011 、{ 1012 和{ 1013 面在加载(拉伸)方向和横向(压缩)方向的峰值位置、形状和最大强度进行了监测。
样品P1垂直和P1水平的结果见图4 。大多数反射波的弹性晶格应变随外加应力线性增加(图4 ( a )和( b ) ) ，一般{ 1010 、{ 1120 面越弱(晶格应变越大) ， { 0002 面越强( 变形时晶格应变增加更有限 ) 。然而，在低应力( b800MPa )下， { 0002 和{ 1120 反射会出现早期偏离线性的现象，明显低于图4 ( a )和( b )放大图所示的0.2 %宏观屈服应力。这一令人惊讶的结果说明，在L - PBF Ti64中，微塑性开始的时间较早。注意得注意的是，这种影响可以归结为在这一较低的应力下会发生第二小相的屈服，从而导致载荷向主相转移，导致其晶格应变有所降低。由于SXRD、EBSD或TEM在这些样品中均未检测到第二相，因此很可能来自残馀的微观应变，通常在3D打印金属中观察到。为了对比3个试样的宏观行为，图4 ( e )、( f )分别给出了工程应力/应变曲线。这些结果与已报道的变形Ti64的行为相反。

图4对样品P1垂直方向(a c e)和p1水平方向(b d f)在拉伸测试时原位SXRD结果
图5在SXRD拉伸测试时得到的织构变化

除了εhkl外我们还通过监测半峰全宽( FWHM )的演化来分析每个峰的峰展宽。半高宽的增加与不均匀微应变、位错密度的增加或两者的增加有关。弹性变形过程中峰值半高宽的变化(图4 ( c )和( d ) )显示了有趣的相似性，但在垂直和水平方向上也存在差异。在两个样品中，当宏观屈服开始时， { 1120 反射半高宽急剧增加。但在水平试样中， { 0002 和{ 1011 面FWHM的一个重要增加是从沿拉伸方向600 MPa左右开始的，对应于{ 1120 反射的弹性晶格应变偏差的开始(图4 ( b ) ) 。在宏观屈服后，两个样品中所有反射的FWHM都增加了，这表明即使由于初始高密度的缺陷， TEM几乎观察不到，重要的塑性似乎仍然发生。有趣的是，在水平样品中， FWHM偏离屈服强度很低的两个反射峰在颈缩前FWHM迅速下降(图4 ( d ) ) 。

图5 ( a )和( b )比较了两个样品V8和H2在全方位角范围内( 1°步长) { 0002 峰分布随宏观应变的演化规律。作为提醒，这两个样品分别以不同的激光功率和速度加工，拉伸方向分别平行和垂直于构建方向。但是，它们表现出非常相似的拉伸性能(图5 ( c )和( d ) ) 。 0°和180°代表载荷的大小。为了帮助读图，在变形的不同显著阶段，用绿色绘出强度/方位角曲线。同时，符号也是为了突出峰之间的特定角度；两颗颜色相同的恒星指定峰相距65° ，对应一个压缩孪晶与其基体之间的错取向，两颗颜色相同的圆指出峰相距85° ，对应张力孪晶与其基体之间的夹角。

样品V8 ( 以高激光功率和速度获得 )在其印制态( 0 %应变)中的织构揭示了数个压缩和拉伸孪晶的存在，与TEM观察一致。在0.65 %左右的宏观应变后，峰更倾向于扩散，强度更低，这通常是由于位错活动明显而失去了完美的孪晶取向关系。屈服后没有出现较为普遍的峰值，表现为位错活性的增加。最后，在失效前刚刚发生的颈缩过程中，出现了几个峰值，其角度与拉伸孪晶相匹配。注意，在原位SXRD过程中，当样品变形时，束流位置是固定的，因此颈缩后采集的数据可能或不可能探测颈缩区域。因此，无法确定颈缩后的衍射花样是由于颈缩区域的变化引起的，还是由于变形引起的变化仍然发生-环在均匀变形区域。