Enhanced strength-ductility synergy and mechanisms of heterostructured Ti6Al4V-Cu alloys produced by laser powder bed fusion

材料科学 钛合金 延展性(地球科学) 脆性 极限抗拉强度 合金 冶金 变形(气象学) 猝灭(荧光) 复合材料 光学 蠕动 物理 荧光
作者
Kunmao Li,Junjie Yang,Yanliang Yi,Xiaochun Liu,Yujing Liu,Lai‐Chang Zhang,Wencai Zhang,Wei Li,Dongchu Chen,Shengfeng Zhou
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier]
卷期号:256: 119112-119112 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2023.119112
摘要

Limited slip systems of α structure always play a major role in hindering strength-ductility synergy improvement of titanium (Ti) alloys. To overcome the strength-ductility trade-off of Ti alloys, heterostructure is introduced into Ti6Al4V-xCu (x = 0, 1, 3, 5 wt.%) alloys produced by laser powder bed fusion (LPBF), and the formation mechanism and deformation behavior of heterostructures were investigated. The results showed that the monolithic α' in the LPBF-produced Ti6Al4V-xCu (wt%) alloys is decomposed into dual α and α" after heat treatment at 600–900 °C through α' → α + Ti2Cu → matastable phase → α + α". The multistage transformation of α' to α and α" is driven by thermal activation (temperature > 800 °C), Cu addition and rapid cooling of water quenching. The heterostructure with α and α" in the LPBF-produced Ti6Al4V-5Cu alloy after heat treatment at 800 °C results in high tensile strength (∼1.3 GPa) and large elongation (∼15%). The enhanced strength-ductility synergy is attributed to the decomposition of brittle α' and Ti2Cu, as well the soft-hard heterostructure of α" and α. Moreover, the deformation twins (DTs) in α" and the heterogeneous interfaces of α and α" can also improve the strength and ductility of the LPBF-produced Ti6Al4V-xCu alloys. These findings elucidate the influence of heterostructure (α and α") on strength and ductility, which is helpful for designing Ti alloys with excellent mechanical properties.
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