增材制造钛合金微观组织及性能研究进展

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钛合金增材制造技术研究现状及发展趋势

钛合金增材制造技术研究现状及发展趋势摘要：增材制造技术成型原理是通过计算机中生成部件的三维CAD模型，根据模型的尺寸数据采用激光、电弧等热源将原材料逐层堆积起来形成立体部件的技术，该技术的优点是工艺简单、生产成本低、适用范围广。

为抢占该技术的战略制高点，美国、欧盟、日本等国家相继出台相关政策扶持，有效促进了该技术的向前发展，中国、俄罗斯、新加坡等国也紧随其后，成立相关研究机构。

文中简要介绍了增材制造技术国内外发展团队及领头企业，综述了钛合金增材制造技术的发展现状，重点从钛合金成型工艺的优势及不足等方面分析研究了新进展，探讨了钛合金增材制造技术所面临的不足以及未来发展方向。

一、增材制造行业发展现状1.1 国外发展概况为抢占增材制造这一技术及产业发展的战略制高点，美国、日本、欧盟等主要国家和地区纷纷将增材制造列为未来优先发展方向，制定了发展规划及扶持政策。

美国增材制造研究所是该国制造业创新驱动下的第 1家研究所；德国、英国、澳大利亚、韩国等在各自的科技战略中，不约而同将增材制造作为突破的技术方向之一，有的还出台了相关的技术发展路线图；俄罗斯和新加坡等通过发布研究计划，支持包括增材制造在内的新型制造技术的发展。

1.2 国内发展现状我国增材制造起步于上个世纪90年代，代表性研究机构主要有西安交通大学、北京航空航天大学、西北工业大学、华中科技大学等，在国家和地方政府的支持下，在21世纪初期，部分科研院所就已初步实现了产业化，取得重大进展。

随后国内许多高校和研究机构也开展了相关研究，到2000 年初步实现了设备产业化，并接近国外产品水平，改变了该类设备早期依赖进口的局面。

在国家和地方的支持下，全国建立了20 多个服务中心，设备用户遍布医疗、航空航天、汽车、军工、模具、电子电器、造船等行业，推动了我国制造技术的发展。

但是，我国3D 打印技术主要应用在工业领域，没有在消费品领域形成市场；在产业化技术发展和应用方面落后于美国和欧洲；在技术研发方面，我国增材制造装备的部分技术水平与国外先进水平相当，但在关键器件、成形材料、智能化控制和应用范围等方面较为落后。

激光增材制造钛合金微观组织和力学性能研究进展

第53卷第1期表面技术2024年1月SURFACE TECHNOLOGY·15·激光增材制造钛合金微观组织和力学性能研究进展竺俊杰1，王优强1,2*，倪陈兵1,2，王雪兆1，刘德建1，房玉鑫1，李梦杰1（1.青岛理工大学，山东青岛 266520；2.工业流体节能与污染控制教育部重点实验室，山东青岛 266520）摘要：激光选区熔化（SLM）技术与激光熔化沉积（LMD）技术在航空航天、生物医疗等领域的应用具有巨大潜力，但由于成形的Ti6Al4V合金构件存在较差的表面质量、较大的残余应力以及内部孔洞等问题，影响了构件的力学性能，从而制约了其大规模的应用。

针对这一现状，首先概述了激光选区熔化技术与激光熔化沉积技术的制造原理，比较了2种增材制造技术的成形参数及其特点，并分析了2种不同成形技术的自身优势以及适用场合。

其次，从2种增材制造技术成形钛合金的工艺参数入手，综述了激光功率、扫描速度、激光扫描间距、铺粉厚度、粉床温度等参数对SLM工艺成形钛合金的影响，以及激光功率、扫描速度、送粉速率等参数对LMD工艺成形钛合金的影响。

发现成形工艺参数直接影响了粉末熔化程度、熔合质量和成形显微结构，从而影响成形件的组织与力学性能。

此外，综述了不同的扫描策略对两种增材制造技术成形钛合金的表面质量与力学性能的影响，可以发现在不同扫描策略下同一试样表面的不同区域表面质量、残余应力以及抗拉强度存在较大差异，同一扫描策略下试样的不同表面之间也存在各向异性。

最后，探讨了不同热处理工艺对钛合金微观组织和力学性能的影响，通过合适的热处理能够降低成形构件应力，并调控组织相变和性能。

关键词：激光选区熔化；激光熔化沉积；钛合金；微观组织；力学性能；热处理中图分类号：TG146.23 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)01-0015-18DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.01.002Research Progress on Microstructure and Mechanical Propertiesof Titanium Alloy by Laser Additive ManufacturingZHU Junjie1, WANG Youqiang1,2*, NI Chenbing1,2, WANG Xuezhao1,LIU Dejian1, FANG Yuxin1, LI Mengjie1(1. Qingdao University of Technology, Shandong Qingdao 266520, China;2. Key Lab of Industrial Fluid Energy Conservation and Pollution Control, Shandong Qingdao 266520, China)ABSTRACT: Selective laser melting (SLM) technology and laser melting deposition (LMD) technology are becoming收稿日期：2022-11-30；修订日期：2023-06-15Received：2022-11-30；Revised：2023-06-15基金项目：山东省自然科学基金（ZR2021ME063）Fund：The Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR2021ME063)引文格式：竺俊杰, 王优强, 倪陈兵, 等. 激光增材制造钛合金微观组织和力学性能研究进展[J]. 表面技术, 2024, 53(1): 15-32.ZHU Junjie, WANG Youqiang, NI Chenbing, et al. Research Progress on Microstructure and Mechanical Properties of Titanium Alloy by Laser Additive Manufacturing[J]. Surface Technology, 2024, 53(1): 15-32.*通信作者（Corresponding author）·16·表面技术 2024年1月increasingly close to the properties of manufactured titanium alloys and forgings, which have great potential for applications in aerospace, biomedical and other fields. However, the poor surface quality, large residual stresses and the presence of internal holes in the formed Ti6Al4V alloy components affect the mechanical properties of the components, thus limiting their large-scale application. To address this situation, this work firstly outlined the manufacturing principles of selective laser melting and laser melting deposition, compared the forming parameters and characteristics of the two additive manufacturing technologies, and analyzed the advantages and applications of the two different forming technologies. Since the selective laser melting technique could adjust the thickness of the laying powder, a smaller laser spot diameter was chosen to improve the surface quality and dimensional accuracy of the formed components. The laser melting and deposition technology adopted coaxial powder feeding for faster processing and was more suitable for manufacturing medium to large metal parts.Secondly, the effects of laser power, scanning speed, laser scanning pitch, powder thickness and powder bed temperature on the forming of titanium alloys by SLM process and the effects of laser power, scanning speed and powder feeding rate on the forming of titanium alloys by LMD process were reviewed from the forming process parameters of the two additive manufacturing technologies, revealing the intrinsic effects of forming parameters, microstructure and mechanical properties in the additive manufacturing process. The direct parameters of the forming process were found to affect the degree of powder melting, fusion quality and forming microstructure, thus affecting the organization and mechanical properties of the formed parts. The effect of laser power and scanning speed on the forming process was more obvious than other factors, and there was a greater correlation between them, and a combination of lower laser power and higher scanning speed could be adopted to obtain specimens with higher microhardness. In addition, the effects of different scanning strategies on the surface quality and mechanical properties of titanium alloys formed by the two additive manufacturing techniques were reviewed, and it was found that the surface quality, residual stress and tensile strength of different regions of the same specimen surface under different scanning strategies differed significantly, and anisotropy existed between different surfaces of the specimen under the same scanning strategy. Finally, the effects of different heat treatment processes on the microstructure and mechanical properties of titanium alloys were investigated, and suitable heat treatments could reduce the stresses and regulate the phase changes and properties of formed components. Two heat treatments, annealing and solution aging, can be combined to balance the strength and plasticity of the component. To summarize the research development of these two additive manufacturing technologies, it is necessary to accelerate the establishment of a complete system of methods under the forming process and forming environment, and to promote the research on the mechanism of microstructure evolution and macro mechanical properties influence.KEY WORDS: selective laser melting; laser melting deposition; titanium alloy; microstructure; mechanical properties; heat treatment由于钛合金有着比强度较高、生物相容性较好以及耐腐蚀性能好的优势，因此在全球范围内广泛应用于生物医疗与航空领域[1-2]。

增材制造钛合金tc4的变形及失效机理研究

增材制造钛合金tc4的变形及失效机理研究增材制造技术是一种新型的制造方式，它可以快速、准确地将材料加工成所需的形状。

而钛合金作为一种轻质、高强度的金属材料，在航空、航天、医疗等领域具有广泛的应用前景。

本文将从增材制造钛合金tc4的变形及失效机理两个方面进行探讨。

我们来了解一下增材制造钛合金tc4的基本情况。

TC4是一种高温强度和抗蠕变性能优良的钛合金，其成分主要包括Ti(钒)、C(碳)等元素。

在增材制造过程中，TC4可以通过激光熔融成形、电子束成形等方式得到。

与传统的锻造或铸造工艺相比，增材制造具有更高的生产效率和更好的精度控制能力。

随着增材制造技术的应用越来越广泛，人们也逐渐发现了一些问题。

其中最突出的问题就是材料的变形性能和疲劳寿命难以满足实际需求。

这主要是由于增材制造过程中存在的一些缺陷和不足所致。

比如说，在激光熔融成形中，由于材料的熔化和凝固过程受到温度梯度的影响，容易形成内部应力集中区域，从而导致材料的变形性能下降；在电子束成形中，由于材料的蒸发和冷凝过程受到速度场的影响，容易形成表面缺陷和微裂纹，从而导致材料的疲劳寿命缩短。

为了解决这些问题，研究人员们进行了大量的实验和理论分析。

他们发现，要想提高增材制造钛合金tc4的变形性能和疲劳寿命，关键在于优化材料的微观结构和组织形貌。

具体来说，可以从以下几个方面入手：第一，改进增材制造工艺参数。

比如说，可以通过调整激光功率、扫描速度、冷却剂流量等参数来优化材料的熔化和凝固过程，减少内部应力集中区域的形成；可以通过调整电子束功率、扫描速度、偏转角度等参数来优化材料的蒸发和冷凝过程，减少表面缺陷和微裂纹的形成。

第二，引入新型添加剂。

比如说，可以添加一些纳米颗粒或者复合材料作为添加剂，以改善材料的微观结构和性能。

这些添加剂可以在材料中形成一些特殊的位点或者界面，从而起到增强强度、降低变形、提高疲劳寿命的作用。

第三，探索新的材料组合。

比如说，可以将钛合金与其他金属或者非金属材料进行复合，以获得更好的性能表现。

激光定向能量沉积tc4合金的微观结构

激光定向能量沉积tc4合金的微观结构1.引言1.1 概述概述：激光定向能量沉积（Laser Deposition Technology）作为一种先进的增材制造技术，在材料加工领域得到了广泛的应用。

它通过将高能量激光束聚焦在金属粉末上，使粉末在相应区域熔化并迅速凝固，从而逐层构建出所需形状的零件。

与传统的焊接和熔模铸造等加工方式相比，激光定向能量沉积具有工序少、能量高、加热速率快等优点，能够实现复杂形状零件的一次成形。

钛合金是一类重要的结构材料，具有优异的力学性能和耐腐蚀性能，在航空航天、汽车制造、生物医学等领域应用广泛。

特别是TC4合金，作为一种常用的钛合金，具有较高的强度和优良的高温性能，因此备受关注。

本文旨在通过对激光定向能量沉积TC4合金的微观结构进行研究，探讨激光参数对材料微观结构的影响规律，为进一步优化激光定向能量沉积工艺提供理论依据。

具体而言，我们将采用一系列的微观结构研究方法，包括金相显微镜观察、扫描电子显微镜分析、能谱分析等，对激光定向能量沉积后的TC4合金进行表面形貌和化学成分的表征，以及晶体结构和晶格缺陷的分析。

通过对微观结构的研究，我们期望揭示激光定向能量沉积对TC4合金晶界特征、晶粒尺寸和晶格缺陷等方面的影响规律，为进一步提高材料的性能和加工质量提供依据。

此外，通过总结研究结果，还将展望激光定向能量沉积技术在TC4合金制造中的潜在应用前景，并提出未来可能的研究方向。

通过以上研究和分析，我们可以更好地了解激光定向能量沉积TC4合金的微观结构，为开发先进的增材制造工艺和改进材料性能提供理论基础和技术支持。

1.2 文章结构文章结构的编写应该包括以下内容：文章结构部分旨在介绍本文的整体组织和布局，方便读者了解文章的内容安排及各个部分的主要内容。

本文的结构主要包括引言、正文和结论三个部分。

引言部分概述了本文的研究背景和重要性，介绍了该研究的目的和意义。

正文部分是本文的主体，分为两个小节进行论述。

钛合金激光增材制造技术研究进展

钛合金激光增材制造技术研究进展随着技术的不断进步和发展，钛合金激光增材制造技术也越来越得到了广泛的关注和应用。

在钛合金制造领域，这种新兴的技术已经成为了一种重要的制造方法。

在本文中，我们将会探讨钛合金激光增材制造技术研究的进展以及其应用的前景。

1、钛合金激光增材制造技术的发展钛合金激光增材制造技术是一种基于激光熔化和固化的制造方法，是将钛合金粉末通过激光熔化和固化的方式，层层堆叠成为三维结构的方法。

在过去的几十年里，钛合金激光增材制造技术一直处于不断发展和改进的状态。

在早期，钛合金激光增材制造技术仅用于快速原型制作和小批量生产，但随着生产工艺的不断改进和钛合金材料性能的提高，这种技术被广泛应用于形态复杂和具有高性能要求的零部件的制造。

近些年来，随着人们对钛合金激光增材制造技术的应用领域的不断拓展和深入研究，该技术已成为航空航天、能源、汽车、医疗等领域的首要选择。

2、钛合金激光增材制造技术的特点（1）高效率利用钛合金激光增材制造技术可以实现快速制造，这主要得益于其高效的生产速度。

通过颗粒加热和熔化的方式，可以实现快速的制造过程。

此外，相较于传统的制造工艺，钛合金激光增材制造技术还具有更灵活的制造方式和更加精确的制造质量。

（2）高精度钛合金激光增材制造技术的一个显著特点就是其制造精度高。

因为这种制造方式是通过采用激光熔化和固化的方法到达理想的成形结果，所以钛合金激光增材制造技术可以制造出高度复杂和精密的零部件。

（3）柔性生产钛合金激光增材制造技术的灵活性非常高，可以将理论设计的模型转化为真实的物体形态。

此外，同样的制造设备还可以应用于多种不同形态和性能要求的制造任务。

3、钛合金激光增材制造技术的应用钛合金激光增材制造技术已被广泛应用于航空航天、能源、汽车、医疗等领域的高度复杂的零部件的制造。

比如，可以通过该技术制造高性能的涡轮叶轮、高温结构零部件、人工关节等等。

此外，钛合金激光增材制造技术还可以用于研发新型的材料，提升已有的材料的性能。

TIG增材制造TC4钛合金力学性能及工艺参数的影响规律

ＴＣ４钛合金增材制造成型零件力学性能的影响规
律，文中以焊接电流、焊接速度、送丝速度及层问间隔时间为主要考虑的工艺参数。采用控制变量法研
图１ＴＩＧ增材制造设备
表１ＴＣ４基板和焊丝成份（质量分数。％）
２００２。参数的影响规律如下：随着焊接电流的增加，和ｚ方向上的抗拉强度有所降低而断后伸长率提高；随着焊
接速度的增加，Ｘ和ｚ方向上的抗拉强度提高而断后伸长率降低；随着送丝速度的增加，方向上的抗拉强度和断后伸长率都有所降低，而ｚ方向上的抗拉强度和断后伸长率均有所提高；随着层间间隔时间的增加，方向和ｚ方向上的抗拉强度和断后伸长率都有所提高。
的。但目前对钛合金ＴＩＧ增材制造技术研究
较少，所以成型零件能否达到甚至超过传统加工制
造方法所生产零件的力学性能指标是研究者们比较
关注的问题。众所周知，焊接工艺参数是影响成型零件力学性能的关键。为了探究焊接工艺参数对
塞、
力学性能的影响，通过对比试验４和５来研究送丝速
度对力学性能的影响，通过对比试验１和２来研究层
间间隔时间对力学性能的影响。
２试验结果

《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》

《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》篇一一、引言钛合金作为一种具有重要工业应用价值的金属材料，因其优良的力学性能和耐腐蚀性而备受关注。

TA15钛合金作为其中的一种典型代表，其热加工性能及微观组织预测研究对于优化其加工工艺、提高材料性能具有重要意义。

本文旨在通过建立TA15钛合金热加工本构模型，以及对其微观组织进行预测研究，为TA15钛合金的加工工艺优化和性能提升提供理论支持。

二、TA15钛合金热加工本构模型1. 材料与实验方法实验材料选用TA15钛合金，通过热模拟实验，获取不同温度、应变速率及应变条件下的流变行为数据。

实验过程中，采用先进的测控设备记录相关数据，确保数据的准确性和可靠性。

2. 本构方程的建立基于实验数据，通过数学方法建立TA15钛合金的热加工本构方程。

本构方程描述了材料在热加工过程中的流变应力、温度、应变速率及应变之间的关系，是预测材料热加工行为的重要依据。

3. 本构模型的验证与应用通过将本构模型预测结果与实际实验数据进行对比，验证模型的准确性和可靠性。

同时，将本构模型应用于TA15钛合金的实际热加工过程，为优化加工工艺提供理论支持。

三、微观组织预测研究1. 微观组织观察通过金相显微镜、扫描电子显微镜等手段，观察TA15钛合金在不同热加工条件下的微观组织变化。

这些变化包括晶粒大小、形状、分布以及相的变化等。

2. 微观组织预测模型的建立基于微观组织观察结果，结合热力学和相变理论，建立TA15钛合金的微观组织预测模型。

该模型能够预测不同热加工条件下TA15钛合金的微观组织演变规律。

3. 预测结果的分析与讨论通过对预测结果的分析，揭示TA15钛合金微观组织演变与热加工条件之间的关系。

同时，结合实际加工过程中的问题，讨论如何通过调整热加工条件来优化TA15钛合金的微观组织，进而提高其力学性能和耐腐蚀性。

四、结论本文通过建立TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究，得出以下结论：1. 建立的TA15钛合金热加工本构模型能够较好地描述材料在热加工过程中的流变行为，为优化加工工艺提供理论支持。

基于钛合金丝材的增材制造技术研究进展

基于钛合金丝材的增材制造技术研究进展
贺智锋;赵婧;柴如霞;夏亚锋;李郸;陈肖;舒滢
【期刊名称】《铜业工程》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】金属增材制造技术自诞生以来,经快速发展,已在诸多领域得到了广泛的应用,被列入决定未来经济的十二大颠覆性技术之一。

基于丝材的金属增材制造技术由于其沉积效率高、制造成本低、制造周期短和材料利用率高,近年来成为国内外研究和应用的热点。

本文以钛合金丝材为原材料,针对广泛采用的电弧/等离子弧熔丝、电子束熔丝和激光熔丝增材制造技术,分别从成形工艺参数优化、宏微观组织结构分析、后热处理组织性能调控及专用原材料开发等方面所取得的最新研究成果进行了详细论述。

在此基础之上,介绍了基于钛合金丝材的增材制造在工程化应用及相关标准规范的制定情况。

最后,指出钛合金丝材增材制造技术在组织和性能等方面存在的固有不足,提出了采用锻造+增材复合成形复合后处理和专用丝材研制等方法,并建立有别于传统锻造和铸造的新标准体系,有助于推广其在各领域的大规模应用。

【总页数】18页(P88-105)
【作者】贺智锋;赵婧;柴如霞;夏亚锋;李郸;陈肖;舒滢
【作者单位】西安秦钛智造科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG456
【相关文献】
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AlSi10Mg合金研究进展
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钛合金增材制造技术研究现状及展望

钛合金增材制造技术研究现状及展望1. 引言钛合金作为一种高强度、耐腐蚀的金属材料，在航空航天、医疗器械等领域具有重要应用价值。

钛合金增材制造技术作为一种新型的制造工艺，具有快速、灵活、定制化生产的优势，逐渐受到广泛关注。

本文将从现状和展望两个方面对钛合金增材制造技术进行深入探讨。

2. 现状2.1 钛合金增材制造技术的发展历程钛合金增材制造技术起源于20世纪80年代，最初主要用于快速成型原型制作。

随着3D打印技术的不断进步，钛合金增材制造技术逐渐应用于航空航天、医疗器械等领域。

目前，国内外相关研究机构和企业纷纷加大钛合金增材制造技术的研究力度，推动了该技术的发展。

2.2 钛合金增材制造技术的关键技术和方法目前，钛合金增材制造技术主要包括激光熔化、电子束熔化、粉末床烧结等多种方法。

激光熔化技术因其成形精度高、熔池稳定等优点被广泛应用，但是存在着成本高、成形速度慢等缺陷。

而电子束熔化技术在成形速度和成形精度方面具有一定优势，但也存在熔池不稳定等问题。

粉末床烧结技术通过层层堆积和粘结制备钛合金件，成形速度较慢，但成形质量相对稳定。

各种方法各有优劣，对于不同的应用场景需根据具体情况选择合适的方法。

3. 展望3.1 钛合金增材制造技术的未来发展趋势随着3D打印技术的不断成熟和发展，钛合金增材制造技术将迎来更广阔的应用前景。

未来，该技术有望在航空航天、汽车制造、生物医药等领域得到更广泛的应用，为工业制造带来革命性的变革。

随着材料科学的不断进步，新型钛合金材料的研发也将推动该技术的发展。

3.2 个人观点钛合金增材制造技术作为一种新型的制造工艺，具有独特的优势和巨大的潜力。

我认为，随着相关技术的不断创新和完善，钛合金增材制造技术将成为未来工业制造的主流技术之一，为社会发展和进步带来更多的可能性。

结语通过对钛合金增材制造技术的现状和展望进行了全面的评估和分析，我们对该技术有了更深入的理解。

随着3D打印技术和材料科学的不断进步，相信钛合金增材制造技术在未来将有更加广阔的发展前景。

《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》范文

《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，钛合金因其优异的力学性能和良好的耐腐蚀性，广泛应用于航空、航天、海洋工程等高技术领域。

其中，TA15钛合金作为一种高强度、低密度的金属材料，在许多应用领域表现出了显著的优势。

为了进一步探索TA15钛合金的性能特点及其应用潜力，本文将对其热加工本构模型及微观组织预测进行研究。

二、TA15钛合金热加工本构模型研究（一）本构模型概述本构模型是描述材料在热加工过程中应力、应变、温度和速度等参数之间关系的数学模型。

对于TA15钛合金而言，建立准确的热加工本构模型，有助于更好地掌握其热加工过程中的力学行为和工艺特点。

（二）模型建立与验证本研究通过实验方法获取了TA15钛合金在不同温度、应变速率和变形程度下的力学性能数据。

基于这些数据，建立了TA15钛合金的热加工本构模型。

同时，通过与实际生产过程中的数据进行对比，验证了模型的准确性和可靠性。

（三）模型应用TA15钛合金热加工本构模型的应用，主要包括优化工艺参数、预测材料性能和指导生产实践等方面。

通过该模型，可以更好地掌握TA15钛合金在热加工过程中的力学行为，从而为优化工艺参数和预测材料性能提供有力支持。

同时，该模型还可以为指导生产实践提供重要依据，提高生产效率和产品质量。

三、微观组织预测研究（一）微观组织概述微观组织是材料性能的重要决定因素之一。

对于TA15钛合金而言，其微观组织主要包括晶粒大小、相组成和分布等。

通过研究这些微观组织的演变规律，可以更好地掌握TA15钛合金的性能特点和应用潜力。

（二）预测方法本研究采用先进的计算机模拟技术，结合TA15钛合金的热加工本构模型和微观组织演变规律，建立了微观组织预测模型。

该模型可以有效地预测TA15钛合金在不同热加工条件下的微观组织演变情况。

（三）预测结果与分析通过微观组织预测模型，我们可以预测TA15钛合金在不同热加工条件下的晶粒大小、相组成和分布等情况。

电弧增材制造TC4_微观组织调控及力学性能研究

第16卷第5期精密成形工程2024年5月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING115电弧增材制造TC4微观组织调控及力学性能研究王益可1，李仁花2，陈玉华1*，许明方1，陈伟1（1.南昌航空大学航空制造工程学院，南昌 330063；2.航空工业江西洪都航空工业集团有限责任公司，南昌 330213）摘要：目的研究固溶时效处理对电弧增材制造TC4钛合金微观组织和力学性能的影响规律。

方法设置了1组时效处理（AT，600 ℃/2 h/空冷）和2组固溶+时效处理（SA1，800 ℃/1 h/炉冷+600 ℃/2 h/空冷；SA2，870 ℃/1 h/炉冷+600 ℃/2 h/空冷）策略，对电弧增材制造TC4钛合金进行了热处理试验。

通过扫描电镜（SEM）进行微观组织形貌和断口形貌观察，通过拉伸试验机进行室温力学性能测试。

结果沉积态试样的微观组织均匀性较差，主要由马氏体α'相、网篮组织、不连续的晶界α相（α Grain Boundary，αGB）和集束组织构成。

AT并未完全消除马氏体α'相，但提高了其延展性。

经固溶+时效处理后，马氏体α'相消失，晶粒内部主要由网篮组织和αGB组成。

平均抗拉强度由沉积态的999.67 MPa降低到SA2的936.46 MPa，而平均延伸率从6.23%提高到12.48%，且SA2样品显示出更低的力学性能各向异性。

其中沉积态试样抗拉强度、屈服强度和延伸率的各向异性值（IPA）分别为4.82、0.96和28.7。

SA2试样抗拉强度、屈服强度和延伸率的IPA分别为0.3、0.42和5.56。

结论固溶时效处理有助于提高电弧增材制造TC4钛合金微观组织均匀性，并显著降低力学性能的各向异性。

关键词：TC4钛合金；电弧增材制造；固溶时效处理；微观组织；力学性能DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2024.05.013中图分类号：TG146.2 文献标志码：A 文章编号：1674-6457(2024)05-0115-09Microstructure Regulation and Mechanical Properties of TC4 TitaniumAlloy by Wire Arc Additive ManufacturingWANG Yike1, LI Renhua2, CHEN Yuhua1*, XU Mingfang1, CHEN Wei1(1. School of Aeronautical Manufacturing Engineering, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China;2. A VIC Hongdu Aviation Industry Group, Nanchang 330213, China)ABSTRACT: The work aims to study the effects of solid solution aging treatment on the microstructure and mechanical proper-ties of the wire arc additive manufacturing (WAAM) TC4 titanium alloy. A group of aging treatment (AT, 600 ℃/2 h/air cooling) and two groups of solid solution+aging treatment (SA1, 800 ℃/1 h/furnace cooling+600 ℃/2 h/air-cooling; SA2, 870 ℃/1 h/furnace cooling+600 ℃/2 h/air cooling) were set up to carry out the heat treatment test on the WAAM TC4 titanium alloys,and then the microstructure and the fracture morphology were observed by scanning electron microscopy (SEM), and the me-收稿日期：2024-02-21Received：2024-02-21基金项目：国家自然科学基金（52175326）；江西省科技厅项目（20212AEI91004）Fund：The National Natural Science Foundation of China (52175326); Key Project of Jiangxi Provincial Department of Science and Technology (20212AEI91004)引文格式：王益可, 李仁花, 陈玉华, 等. 电弧增材制造TC4微观组织调控及力学性能研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 115-123. WANG Yike, LI Renhua, CHEN Yuhua, et al. Microstructure Regulation and Mechanical Properties of TC4 Titanium Alloy by Wire Arc Additive Manufacturing[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 115-123.*通信作者（Corresponding author）116精密成形工程 2024年5月chanical properties at room temperature were tested by tensile testing machine. The results showed that the microstructure of the as-deposited samples was poorly homogeneous and mainly consisted of martensite α' phase, basketweave, discontinuous grain boundary α phase (αGB) and α colonies. AT did not completely eliminate the martensite α' phase, but improved the ductility. Af-ter solid solution + aging treatment, the martensite α' phase disappeared and the grain interior consisted mainly of basketweave and αGB. The average tensile strength decreased from 999.67 MPa to 936.46 MPa, whereas the average elongation increased from 6.23% to 12.48%, and the SA2 sample showed lower anisotropy of the mechanical properties. The index of plane anisot-ropy (IPA) of ultimate tensile strength, yield strength and elongation of the AB samples were 4.82, 0.96 and 28.7, respectively.The IPA of tensile strength, yield strength and elongation of the SA2 samples were 0.3, 0.42 and 5.56, respectively. Thus, the solid solution aging treatment helps to improve the microstructure homogeneity of TC4 titanium alloy fabricated by WAAM and significantly reduces the anisotropy of mechanical properties.KEY WORDS: TC4 titanium alloy; wire arc additive manufacturing; solid solution aging treatment; microstructure; mechanical propertiesTC4钛合金因其强度高、密度小、耐腐蚀等优点而被广泛应用于石油化工、生物医疗等领域[1-4]。

增材制造钛合金微观组织及性能研究进展

增材制造钛合金微观组织及性能研究进展张世凯;马盼;柯林达;马永超;赵健;于治水;杨尚磊【摘要】随着增材制造技术的不断进步,增材制造能够快速成型精密复杂的结构部件.为了使增材制造Ti6Al4V合金能够更好地被应用,国内外学者研究了基板预热、激光功率、扫描速率以及后续的处理等多种因素对于增材制造Ti6Al4V合金微观组织和力学性能的影响,发现选择适当的工艺参数及后处理能够提高其综合力学性能.目前,增材制造钛合金在微观结构上还存在一定的缺陷,结构件内的微小气孔以及未融化颗粒等因素阻碍着其力学性能的提高.未来在解决组织缺陷的同时,增材制造钛合金构件的应用也将是今后研究工作方向之一.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2019(037)002【总页数】5页(P1-5)【关键词】增材制造;Ti6Al4V合金;基板预热;激光功率;扫描速率;微小气孔;未融化颗粒【作者】张世凯;马盼;柯林达;马永超;赵健;于治水;杨尚磊【作者单位】上海工程技术大学材料工程学院,上海 201620;上海工程技术大学材料工程学院,上海 201620;上海市激光先进制造技术协同创新中心,上海 201600;上海航天精密机械研究所,上海 201600;山推工程机械股份有限公司,山东济宁272073;上海工程技术大学材料工程学院,上海 201620;上海市激光先进制造技术协同创新中心,上海 201600;上海工程技术大学材料工程学院,上海 201620;上海市激光先进制造技术协同创新中心,上海 201600;上海工程技术大学材料工程学院,上海 201620;上海市激光先进制造技术协同创新中心,上海 201600【正文语种】中文【中图分类】TF1241 钛合金概述钛合金是以钛为基体加入其他合金元素而构成的有色合金，钛合金中常用的合金元素有铝、锡、钒、钼、铬、铁、硅及铜等。

钛合金因密度小、比断裂韧性高、耐热性好、疲劳强度和抗裂纹扩展能力好、韧性及抗腐蚀能力强被广泛关注并获得大量应用[1]。

电弧增材制造航空钛合金构件组织及力学性能研究现状

电弧增材制造航空钛合金构件组织及力学性能研究现状刘小军;陈伟;黄志江;陈玉华【摘要】航空航天领域通常将钛合金作为承力结构件使用,对其性能和可靠性都有很高的要求,大型结构件的整体化制造是实现这些需求的有效途径.电弧增材制造技术因效率高、成本低、致密度高,在制备大型结构件方面具有一定优势.综述了国内外电弧增材制造钛合金组织的研究现状,介绍了改变形核条件以及引入轧制、超声等外场辅助技术调控后所得的电弧增材制造钛合金组织.对电弧增材制造钛合金的拉伸性能和疲劳性能进行了综述,总结了拉伸性能和疲劳性能的特点及断裂的原因.最后,对航空航天用钛合金电弧增材制造的组织及力学性能的关系进行了分析,并且对两者的调控前景进行了展望.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2019(011)003【总页数】10页(P66-75)【关键词】钛合金;电弧增材制造;组织及调控;力学性能【作者】刘小军;陈伟;黄志江;陈玉华【作者单位】中航航空服务保障(天津)有限公司,天津300301;南昌航空大学焊接工程系,南昌330036;南昌航空大学焊接工程系,南昌330036;南昌航空大学焊接工程系,南昌330036【正文语种】中文【中图分类】TG146.2钛合金由于其比强度高、耐腐蚀性能好、耐热性好、弹性模量低和导热系数低等优点，成为航空发动机、航天飞机结构中减轻质量、提高推重比和增加有效载荷环节不可缺少的关键材料[1]。

钛合金由于其锻造温度区间窄、变形抗力大、高温易吸氧吸氢等特点，使得在航空航天领域中常用来制备肋腹板大型结构件（框、梁、滑轨等）时存在诸多困难。

增材制造技术的发展大大缩短了钛合金的生产周期，增加了材料的利用率。

以激光、电子束为代表的热源在增材制造钛合金制备过程中，易形成粗大β柱状晶粒，且由于其产品尺寸受限、设备前期投资成本高等特点，难以满足航空航天结构件损伤容限设计理念中要求零部件向大型化、整体化发展的需求。

“电弧+送丝”这种效率高、成本低、灵活性好的电弧增材制造技术，在制备大型钛合金构件中具有一定的优势。

颗粒增强钛基复合材料构型化复合研究进展

颗粒增强钛基复合材料构型化复合研究进展目录1. 内容概述 (2)1.1 钛基复合材料的发展背景 (3)1.2 构型化复合技术的优势 (4)1.3 文献综述及研究现状 (5)2. 颗粒增强钛基复合材料 (6)2.1 基体材料及性能 (8)2.2 颗粒增强材料 (9)2.2.1 陶瓷颗粒 (10)2.2.2 金属颗粒 (11)2.2.3 纳米颗粒 (12)2.3 复合材料制备方法 (14)2.4 颗粒增强钛基复合材料的力学性能 (15)3. 构型化复合材料研究进展 (16)3.1 构型化复合材料的概念及类型 (18)3.1.1 方向性复合材料 (19)3.1.2 梯度复合材料 (20)3.1.3 纳米复合材料 (21)3.2 不同构型对复合材料性能的影响 (23)4. 颗粒增强钛基复合材料构型化复合技术 (24)4.1 构型化复合制备方法 (27)4.2 构型化复合材料的性能表征 (28)4.3 研究案例及典型应用 (30)5. 应用前景与展望 (31)5.1 技术发展趋势 (33)5.2 应用领域展望 (34)1. 内容概述本文档专注于探讨颗粒增强钛基复合材料构型化复合研究的前沿领域与最新进展。

通过深入分析，本文旨在汇集当前的研究成果、技术创新以及应用中出现的新挑战。

重点在于展示如何通过创新的制备工艺、微观结构优化以及功能性设计，实现钛基复合材料在力学性能、热稳定性、耐腐蚀性等方面的突破。

钛基复合材料的关键性：阐述钛及其合金在航空航天、汽车、生物医疗等行业的重要地位，并强调构型化设计在提高材料性能和降低生产成本中的核心作用。

研究现状综述：总结当前的研究态势，包括颗粒增强型钛基复合材料的不同制备方法、微观结构与宏观性能间的关系理解，以及存在的问题和挑战。

重要实验与案例分析：通过介绍具有代表性的实验和实际案例，展示最新技术如何应用于提升钛基复合材料的性能。

未来发展方向与前景预测：基于目前的工作和方法，预测研究的未来趋势，讨论可能的新材料、新工艺以及预期的工业应用。

钛合金零件的激光增材制造技术研究

钛合金零件的激光增材制造技术研究随着工业时代的不断发展，越来越多的产品需要大量使用到高强度、轻量化的材料来实现其功能。

钛合金是一种非常重要的高强度、轻量化材料，广泛应用于航空、航天、船舶及汽车等领域。

由于钛合金材料比较难加工，传统加工方法往往需要花费很长时间和很多成本，很难适应现代工业的高效生产需求。

因此，激光增材制造技术逐渐引起人们的重视，成为了一种新型的加工方法，尤其适合钛合金零件的制造。

激光增材制造技术是指通过激光束将粉末状的金属材料熔化，一点一点地将材料熔化成三维空间中的预先设定好的模型形状，形成一层一层的堆积，从而制造出所需的产品。

它与传统加工方法不同，激光增材制造技术不需要任何模具和成型工具，因此它具有很强的柔性、精度和效率，且可以在短时间内快速制造出复杂的零件。

激光增材制造技术在钛合金零件制造领域中的优势非常明显。

首先，钛合金是一种非常难加工的材料，传统的金属加工方法往往会损耗大量的原材料、能源等必要的资源，而且也会使钛合金的材质变得非常脆。

但是，激光增材制造技术具有精度高、损耗少等优点，可以很好地克服上述问题。

其次，钛合金具有很强的轻量化特性，这在现代航空、航天、汽车等领域非常重要。

然而，这也就意味着钛合金的相对密度较小，加工时很容易发生振动，导致精度损失。

而激光增材制造技术可以通过调整激光的功率和速度来避免这一问题，从而保证钛合金零件的制造精度。

在激光增材制造技术的应用中，人们还需要进一步研究改善材料的制造质量。

例如，材料在制造过程中可能会发生孔洞、气孔等问题，这些缺陷将不利于产品的使用寿命。

因此，研究人员需要采用一些新的方法来优化制造工艺，缩小缺陷，提高制造品质。

另外，在激光增材制造技术中，应用于制造钛合金零件的材料一般都是经过淬火处理的，因此需要进一步研究激光增材制造技术对淬火后的钛合金材料加工的可行性和效果。

同时，还需要优化激光增材制造技术在不同型号的激光设备上的应用情况，以确保制造的钛合金零件质量。

钛合金增材制造综述

钛合金增材制造综述
钛合金增材制造是一种先进的制造技术，通过逐层叠加的方式制造出三维物体。

它具有高精度、高效率、低成本等优点，在航空航天、医疗、汽车等领域有广泛的应用前景。

钛合金增材制造的原理是将设计好的三维模型切成许多薄片，然后通过逐层叠加的方式将这些薄片堆积成三维物体。

在制造过程中，可以通过控制材料的沉积速度和温度等参数来控制物体的形状和性能。

钛合金增材制造的优点是可以制造出形状复杂、精度高、性能优良的物体，同时可以大大缩短制造周期和降低成本。

它还可以实现个性化定制，满足不同用户的需求。

然而，钛合金增材制造也存在一些挑战，如材料的选择、制造工艺的优化、质量控制等问题。

此外，还需要进一步研究如何提高制造效率和降低成本，以推动其在更广泛的领域得到应用。

总之，钛合金增材制造是一种具有广阔应用前景的制造技术，需要不断地进行研究和改进，以满足不同领域的需求。

钛合金生产制造新方法——增材制造

增材制造技术的快速发展，为钛合金的生产制造提供了新的方法，激光/电子束、熔焊和固态焊三种增材制造方法在钛合金生产中得到了国内学者的广泛研究。

研究表明，钛合金采用增材技术可得到高质量零件，但不同增材技术具有不同技术特征，实际应用及未来发展中需要根据实际需求采用不同的增材方法。

1.序言钛及钛合金因具有密度小、耐高温、耐腐蚀等优异的物理性能及化学性能，在各工业领域都具有广阔的应用前景，包括船舶制造、航天航空、汽车制造等，同时它也是国防工业的重要材料之一。

钛合金的应用对工业发展起到巨大的推动作用，优于传统材料的性能使其产品质量有了很大提升，满足了工业发展对新材料、新工艺的发展要求，加速了现代工业的发展。

随着钛生产力的不断改善，钛合金已经成为工业生产中的第三金属。

增材制造（Additive Manufacturing，AM）又称“3D打印”，是一种可以实现构件的无模成形的数字化制造技术，具有设计和制造一体化、加工精度高、周期短，产品物理化学性能优异等特点。

增材制造技术从20世纪70年代以来发展迅速，因其与传统制造技术具有巨大差异，已然成为工业领域的研究热点，在现代工业的多领域都得到了快速发展。

增材制造技术的迅速发展，理论上可以实现任何单一或多金属复合结构，为复杂结构件的制造提供了新方法。

钛合金的增材制造技术，解决了精密结构件的加工难题，进一步加大了钛合金的应用范围。

伴随着工业社会的迅速发展，钛合金增材制造技术日新月异，按照增材制造技术的热源不同，可将钛合金增材制造技术分为激光/电子束增材制造、熔焊增材制造和固态焊增材制造三种方式。

国内外的专家学者通过不同的增材制造技术手段，优化工艺方法，稳定增材制造过程，减少或避免增材制造结构缺陷产生，使钛合金增材制造技术朝着绿色、高效、稳定的方向继续发展。

2. 激光/电子束增材制造激光束和电子束作为高密度束源，能量密度高并可调控，被誉为21世纪最先进的制造技术。

目前激光/电子束增材制造主要分为激光金属沉积（Laser Mental Deposition，LMD）技术、激光选区熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术、电子束熔丝沉积（Electron Beam Free Form Fabrication，EBF3）技术、电子束选区熔化（Electron BeamMelting，EBM）技术，在钛合金增材制造领域皆有广泛研究。

EBM成型TC4钛合金研究进展

EBM成型TC4钛合金研究进展EBM成型(Titanium Alloy)TC4合金研究进展引言EBM成型是一种逐层熔化制造方法，它使用电子束能量进行定向熔化制造。

该技术适用于金属材料，特别是钛合金。

TC4钛合金是一种常见的β型热处理钛合金，具有良好的机械性能和良好的耐腐蚀性能。

近年来，随着3D打印技术的快速发展，EBM成型对TC4钛合金的制造也取得了一些重要的进展。

本文将针对EBM成型TC4钛合金的研究进展进行探讨。

1. EBM成型工艺EBM成型是一种以粉末为原料的增材制造技术，采用电子束熔化的方式逐层堆叠构建出三维结构。

该技术具有高效、高精度、可制造复杂结构等优点。

在EBM成型工艺中，首先需要将钛合金粉末均匀铺设在制造床上，然后通过电子束能量来熔化粉末，形成一个薄层。

接着，制造床下降一层，再次铺设粉末，重复上述过程直至制造完整的零件。

通过控制电子束能量、扫描速度等参数，可以实现对零件的精确控制。

2. EBM成型TC4钛合金的特点TC4钛合金是一种β型热处理钛合金，具有优异的机械性能和抗腐蚀性能。

利用EBM成型技术对TC4钛合金进行制造，可实现复杂结构零件的制造，并且可以提高材料利用率，减少浪费。

与传统制造方式相比，EBM成型还能够降低生产成本、缩短制造周期，为TC4钛合金的应用提供了新的可能性。

3. EBM成型TC4钛合金的研究进展近年来，针对EBM成型TC4钛合金的研究取得了一些进展。

研究人员致力于优化EBM成型工艺参数，以提高TC4钛合金零件的密实度和力学性能。

也在研究粉末特性、成型温度、扫描速度等工艺参数对TC4钛合金微观组织和性能的影响。

通过实验和模拟，不断优化工艺参数，提高TC4钛合金零件的质量和性能。

结论EBM成型TC4钛合金是一种具有广阔应用前景的制造技术。

通过不断优化工艺参数和深入研究材料特性，可以实现对TC4钛合金零件的高效制造。

随着EBM成型技术的不断发展，相信TC4钛合金将在航空航天、医疗器械、汽车制造等领域发挥重要作用。

CMT工艺增材制造AlCu合金的组织与性能的研究

CMT工艺增材制造AlCu合金的组织与性能研究1、本文概述随着技术的不断进步，增材制造（AM）技术，也称为3D打印技术，已逐渐渗透到各个工业领域，为复杂结构的制造提供了新的可能性。

CMT（Cold Metal Transfer，冷金属转移）作为一种新的增材制造技术，由于其独特的工艺特点和优势，越来越受到研究者的关注。

本文旨在探索CMT技术在AlCu合金（铝合金-铜合金）增材制造中的应用，特别是对其组织和性能的研究。

由于其优异的力学性能和耐腐蚀性，AlCu合金在航空航天、汽车制造、电子封装等领域具有广阔的应用前景。

传统的减法制造技术（如铸造、锻造、机械加工等）在制造复杂形状和结构的AlCu合金部件时面临着许多挑战。

将CMT技术用于AlCu合金的增材制造，不仅可以实现复杂结构的直接制造，还可以优化材料的微观结构，提高其综合性能。

本文将首先介绍CMT工艺的基本原理和特点，然后重点研究CMT 工艺在AlCu合金增材制造中的微观组织演变规律，包括微观组织、相组成和晶粒形态。

将对CMT增材制造的AlCu合金的力学性能（如硬度、强度、韧性等）、热稳定性和耐腐蚀性进行进一步研究。

本文将讨论CMT增材制备AlCu合金应用前景和潜在挑战，以期为相关领域的研究和应用提供参考。

2、增材制造合金的制备工艺在利用冷金属转移（CMT）技术增材生产AlCu合金的研究中，制备过程至关重要。

CMT是一种新型的增材制造技术，其独特之处在于能够在低温下实现精确的金属转移，从而生产出高质量的金属部件。

本研究采用CMT工艺制备了AlCu合金，并探讨了其结构与性能之间的关系。

制备过程首先涉及原材料的选择和制备。

选择高纯度的铝和铜作为基材，并按照预定的合金组成比例进行混合。

将制备的原材料熔化，得到均匀的AlCu合金锭。

熔化过程中需要严格控制温度和时间，以避免杂质的引入和合金成分的偏析。

对熔化的AlCu合金锭进行加工，以制备适用于CMT工艺增材制造的线材。

钛合金材料的力学性能与微观结构关系分析

钛合金材料的力学性能与微观结构关系分析引言：钛合金作为一种重要的结构材料，在航空航天、汽车制造等领域有着广泛的应用。

而钛合金材料的力学性能与其微观结构之间存在着密切的联系。

本文将从晶体结构、晶界、位错和相组织等方面对钛合金材料的力学性能进行分析。

一、钛合金的晶体结构钛合金的晶体结构决定了其力学性能的一些基本特点。

钛合金所具有的晶体结构主要有四种，分别是α相、β相、ω相和单斜相。

1. α相是一种典型的层状六方密堆积结构，具有良好的可锻性和韧性。

但是由于其层状结构中存在着大量的【镜面位错？】和【蜂窝状】缺陷，因此其力学性能相比于其他相较为弱化。

2. β相是一种体心立方结构，具有较高的强度和硬度。

由于其钢铁基元的含量相对较高，因此β相的形变行为比α相更加复杂，但是β相的强度却相对较高。

3. ω相是一种稳定存在于低温下的非常规结构相。

它具有高硬度、耐磨性和抗腐蚀性等优秀性能，但是由于其独特的结构，使得ω相的塑性非常差，故在结构材料中较少应用。

4. 单斜相是α和β相之间存在的过渡相。

其晶体结构比较复杂，因此不同组分、不同的工艺条件会导致其晶体结构的差异，从而影响其力学性能。

二、钛合金的晶界及其对力学性能的影响晶界作为晶体的界面部分，是实现材料性能优化的关键点。

晶界的类型可以分为位错密集区、贫稀区和晶粒边界等。

1. 位错密集区是一种晶界类型，它存在于钛合金材料的晶体中，是位错较多的区域。

这种晶界类型还会引发晶内应力的集中和扩散，从而导致材料的变形和开裂。

所以，位错密集区的存在对钛合金材料的力学性能产生较大影响。

2. 贫稀区是一种晶界类型，其特点是位错较少或几乎没有。

贫稀区的存在可以提高晶界的强度和稳定性，从而改善钛合金材料的抗变形性能。

3. 晶粒边界存在于晶体内部，是晶粒之间的分界面。

晶粒边界的存在使晶体具有更好的韧性和可塑性，从而提高钛合金材料的力学性能。

三、钛合金中的位错和其对力学性能的影响位错是材料中晶体结构的缺陷，其种类和分布对钛合金材料的力学性能具有重要影响。