增材制造 (AM) 钛合金的高分辨率 EBSD 测试

由于钛合金兼具优异的强度、轻质特性及良好的耐腐蚀性，它们被广泛应用于航空航天与生物医用植入体等关键领域。其中，体心立方（BCC）结构的 Ti-β 合金具有良好的淬透性、焊接性以及在室温下的高屈服强度，但其高温强度表现较差¹ 。因此，在 Ti-β 合金中引入第二相，对于提升材料的力学性能、实现性能平衡至关重要。

近年来，研究人员在 Ti-6Al-4V 合金中通过增材制造工艺成功构建出面心立方（FCC）结构的Ti相。² 该 FCC 相的形成受到热梯度、马氏体相变引发的应变以及局部氧富集等多重因素的共同作用。相较于传统的HCP Ti-α 相，FCC - Ti相的引入使合金的极限强度显著提升，且并未造成拉伸延展性的下降。研究表明，含有FCC 相（约6 vol%）的钛合金，其强度与延展性均得到大幅增强。然而，由于FCC相晶粒极其细小，以往只能在透射模式下进行分析。

在本应用案例中，使用eWARP EBSD探测器分析了一个含有FCC - Ti第二相的增材制造钛合金块状样品。在10kV加速电压和12nA束流下，以30nm步长获取了前所未有的高空间分辨率EBSD图。小步长对于准确解析超精细FCC - Ti晶粒至关重要，从而能够精确表征其尺寸、形状和取向分布。以每秒4988帧的速度采集和标定，获得的高达268万像素EBSD结果图解析率超过90%，其中BCC Ti-β相和FCC - Ti相的占比分别为85.7%和4.56%（图1）。

晶粒统计结果（图2）显示了FCC - Ti的细小结构，1278个分析晶粒的平均尺寸为300 nm。马氏体Ti - β基体包含3608个晶粒，平均尺寸为3.4微米。图1展示了非常薄的片状FCC晶粒，宽度为60至90 nm（2至3个像素）。

[1] Beta Titanium Alloys, Reference Module in Materials Science and Materials Engineering, 2017​

[2] H. Wang et al. Materials Today, Volume 61, 2022, Pages 11-21, ISSN 1369-7021