电弧增材制备的304L/TC4梯度材料组织性能分析

摘要

不锈钢与钛合金作为典型工程材料，在航空航天、化工、电力、核能及海洋装备等领域应用广泛．二者制备的梯度材料兼具多种优异性能，但目前电弧增材制造（WAAM）技术制备不锈钢/钛合金梯度材料的强度尤其是拉伸强度较低．为此，利用丝材电弧增材制造技术制备以IN625为中间材料的304L/TC4梯度材料，并在IN625/TC4过渡区域引入少量Nb元素控制相组成，系统研究其微观组织、元素分布及力学性能．结果显示：以IN625为中间材料可以成功制备304L/TC4梯度材料，在304L/IN625侧，随着材料成分的变化，相组成由γ-Fe+α-Fe逐渐转变为γ-Ni，在IN625/TC4侧，由于Ti-Ni互溶性差，各区域材料的相结构依次为γ-Ni→γ-Ni+TiNi₃+（Cr,Mo）+Laves→TiNi+TiNi₃（短棒状）+（Cr,Mo）→TiNi+TiNi₃（网状）+（Cr,Mo）→TiNi+Ti₂Ni+（Cr , Mo）→β-Ti+Ti₂Ni→β-Ti+Ti₂Ni+α-Ti→β-Ti+α-Ti；梯度材料由304L至TC4显微硬度整体呈现先上升后下降的趋势，在40%TC4熔敷层硬度达最大值812HV_0.5，归因于该熔敷层大量网状TiNi₃相及TiNi₃+（Cr,Mo）相的形成；梯度材料平均抗拉强度为201 MPa，平均伸长率为1.9%，断裂方式为脆性断裂，断裂于首层100%TC4熔敷层，该层主要相组成为β-Ti+Ti₂Ni．本研究提出了通过电弧增材制造技术制备以IN625为中间材料的304L/TC4梯度材料，在一定程度上提升了不锈钢/钛合金结合强度，为其在更广泛工程领域的应用提供了支撑．

关键词

电弧增材制造 / 304L/TC4梯度材料 / 微观组织 / 力学性能