据悉， 英国诺丁汉大学和哥伦比亚大学研究报道了激光熔融硼对合金Ti-6Al-4V的微观结构演变，在快速凝固条件下添加硼(B)对 Ti-6Al-4 V 合金微观结构形成的影响。相关研究以“Microstructural evolution in laser melted boron alloyed Ti-6Al-4V”为题发表在《Journal of Alloys and Compounds》上。
通过添加低共晶浓度的硼(B)，铸造钛合金中的晶粒细化得到了证实。然而，对于硼在快速凝固条件下对微观结构细化的作用，人们仍然知之甚少。
关键词：钛合金;原位合成TiB;微观结构演化;合金设计;快速成型;原位晶粒细化
本研究探讨了在快速凝固条件下添加硼(B)对 Ti-6Al-4 V 合金微观结构形成的影响，尤其是与激光粉末床熔融(PBF-LB)相关的影响，PBF-LB 是金属添加剂制造领域的领先技术。通过研究一系列硼含量从 0 wt% 到 2.5 wt% 不等的Ti-6Al-4V-xB 合金(通过电弧熔融和随后的激光表面熔融制备来模拟 PBF-LB条件)，研究团队经验分析侧重于确定在这些合金中实现有效原位晶粒细化的阈值硼浓度。
结果表明，0.2 wt% 或更高的硼浓度可显著细化 Ti-6Al-4V合金的微观结构，从而形成准连续的 TiB。最重要的是，研究人员对所有样品进行的综合分析表明了一致的微观结构组成，其特点是存在马氏体α相和硼化钛(TiB)相，不存在β-钛(β-Ti)相。这凸显了硼在稳定这些特定相方面的重要作用，从而有助于研究人员了解硼改性Ti-6Al-4V合金在快速凝固条件下的相形成动力学。
图 1. Ti-6Al-4 V-xB电弧熔融13种不同B量时的微观结构排列的SEM图像(SE 模式)。
图 2. Ti-6Al-4 V 合金的 SEM 和 TEM 显微图片
图 3. Ti-6Al-4 V-1.0B 合金的 SEM 和 TEM 显微照片：
图 4.通过TEM-EDS和EELS分析得出的Ti-6Al-4 V-1.0B合金中的元素分布：
图 5.Ti-6Al-4 V-xB合金成分中 (a) 柱状晶粒结构和 (b)等轴晶结构的形成过程示意图。
图 6.低 B 浓度的 Ti-6Al-4 V-xB 合金的凝固过程示意图。
图 7.高 B 浓度含 Ti-6Al-4 V-xB 合金的凝固过程示意图。
本研究全面考察了不同 B 添加量(从 0.1 wt% 到 2.5 wt% 不等)对 Ti-6Al-4 V 合金微观结构的影响。这项工作在电弧熔融钮扣的平面上采用了无粉激光上釉方法，以模仿不同 B 改性的 Ti-6Al-4 V 合金在类似于 PBF-LB 工艺中遇到的快速凝固条件下的热处理。本研究可得出以下结论：
1.表面激光上釉区域的平均硬度值随着 B 的添加而增加，这主要是因为激光釉面区域的晶粒和 TiB 颗粒的体积分数较小。
2.熔池深度是添加到 Ti-6Al-4 V 合金中的 B 浓度的函数。这主要归因于熔池中 TiB 颗粒的原位形成和相关的放热反应。
3. 进行了激光表面熔融，以模拟 PBF-LB 过程中快速凝固时遇到的热处理。α-钛的细化主要归因于先期β-钛晶粒中TiB的存在，而β-钛相的细化则是由于B限制了β-钛的生长以及熔池中存在的TiB颗粒作为β-钛的异质成核点的共同作用造成的。
4.显微结构表征最终表明，在所有不同硼浓度的受检样品中，激光釉面区域的显微结构特征一致，即存在马氏体α′钛和硼化钛(TiB)相，而明显缺乏β钛相。
5.在激光表面熔融的 Ti-6Al-4 V-xB 合金中添加 B 主要形成 TiB 金属间化合物，没有观察到 TiB2 和 Ti3B4 相。
6.本研究的结果清楚地表明，0.2 wt% 或更高浓度的硼能有效地细化Ti-6Al-4 V 合金的微观结构。将硼含量提高到这一临界值之后，会在结构上形成准连续的 TiB，这表明在快速凝固条件下，较高的硼浓度对提高合金的微观结构性能起着关键作用。
7.本研究首次介绍了利用 EBSD 重建的β晶粒来评估不同硼添加量对 Ti-6Al-4 V 的细化程度，尤其是在较高的低共晶浓度下，这在以前的研究中还没有过。
