激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的微纳压痕尺寸效应

作     者：付子聪 杨诗婷 田宪会 郎风超 李继军 张伟光 FU Zicong;YANG Shiting;TIAN Xianhui;LANG Fengchao;LI Jijun;ZHANG Weiguang

作者机构：内蒙古工业大学理学院呼和浩特010051 成都工业学院智能制造学院成都611730 上海电子信息职业技术学院机械与能源工程学院上海201411 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2024年第53卷第5期

页      面：85-95页

核心收录：

学科分类：08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金项目(12002174) 内蒙古自治区自然科学基金项目(2020MS01021,2021MS01019,2022MS01009) 内蒙古高等学校科学研究项目(NJZY22383) 

主　　题：激光选区熔化 退火处理 纳米压痕尺寸效应 Ti-6Al-4V合金 Nix-Gao模型 

摘      要：目的研究不同状态激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的纳米压痕尺寸效应。方法对原始态合金分别进行600、700、800、900℃退火处理,利用扫描电子显微镜观察原始态和4种退火态合金的显微组织。基于纳米压痕技术测量原始态及4种退火态合金的纳米硬度和弹性模量。基于比例试样阻力模型、Nix-Gao模型和Meyer定律对纳米硬度进行函数拟合。结果随着退火温度的升高,原始态组织从魏氏体逐渐演变为网篮组织。5种形态的Ti-6Al-4V合金的硬度和弹性模量均出现随压入深度的增加而减小的现象,表现出典型的压痕尺寸效应,基于试验测得的原始态及4种退火态合金的纳米硬度分别为3.66、4.36、3.96、3.88、4.77 GPa,弹性模量分别为113.1、125.2、102.1、100.3、108.7 GPa;基于比例试样阻力模型计算的纳米硬度分别为3.53、4.34、3.92、3.52、4.04 GPa;基于Nix-Gao模型计算的纳米硬度分别为3.68、3.94、4.07、3.85、4.47 GPa;基于Meyer定律拟合出的迈耶指数分别为1.75、1.86、1.82、1.80、1.81,均小于2,均表现为正压痕尺寸效应。结论激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的硬度及弹性模量均有典型的压痕尺寸效应;3种模型均能较好地描述原始态和退火态合金的压痕尺寸效应,Nix-Gao模型直接建立了纳米硬度和压痕深度的关系,其拟合结果更接近于试验结果,计算的硬度值也最为准确。