Crafting high-strength and ductile powder metallurgy Ti6Al4V alloy with a multi-scale microstructure

材料科学 微观结构 钛合金 冶金 极限抗拉强度 等轴晶 合金 粉末冶金 延展性(地球科学) 针状的 加工硬化 复合材料 蠕动
作者
Fan Kuang,Yu Pan,Jianzhuo Sun,Yanjun Liu,Chengxin Lei,Xin Lu
出处
期刊:Materials Science and Engineering A-structural Materials Properties Microstructure and Processing [Elsevier BV]
卷期号:892: 146054-146054 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.msea.2023.146054
摘要

In this work, a novel multi-scale microstructure of Ti6Al4V duplex alloy with nano-sized β particles was designed based on powder metallurgy. The common lamellar structure was carefully adjusted to reveal the complex effects of microstructure on mechanical properties. The ideal microstructure transforms into a composition dominated by sparse equiaxed primary α, lots of β-nanoprecipitates, and traces of secondary acicular α′ by heat treatment. The uniform nucleation of nano-sized β particles, driven by intragranular element concentration difference and local distortions, is a pivotal reason for high yield strength by dispersion strengthening. More phase boundaries also act as sustainable sources for geometrically necessary dislocations. An uncoordinated phase interface relationship from variant selection improves strain-hardening ability. The intragranular misorientation causes the value inhomogeneity of the Schmid factor in primary α, resulting in an auxiliary slip effect that benefits ductility. Therefore, the fabricated Ti6Al4V alloy displays an ultrahigh ultimate tensile strength of 1329 MPa, yield strength of 1223 MPa, and reasonably large elongation of 8.5 %, respectively. This work underscores the intricate interplay of microstructure evolution and deformation mechanisms in powder metallurgy duplex titanium alloys, offering valuable insights into enhancing the mechanical properties.
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