姜沐池 李玉海

分类号 TG166.5

摘要：为了探究固溶热处理对激光增材制造TC4钛合金力学性能的影响，采用激光熔覆沉积方法成型TC4钛合金，对其进行固溶热处理，采用水冷的方法进行冷却。固溶温度分别为850℃、900℃、940℃、980℃、1020℃，固溶时间为2h。对固溶热处理后的试样进行拉伸试验，发现随着固溶温度室的升高TC4钛合金的抗拉强度增加，其断裂延伸率先增加在降低。综合分析当固溶温度为940℃时，激光增材制造TC4钛合金的拉伸性能最佳。

关键词：激光增材制造;固溶热处理;拉伸性能

引言

目前应用最广泛的钛合金牌号是TC4（Ti-6Al-4V）钛合金。TC4钛合金作为双相钛合金，可以通过不同的制造工艺以及热处理制度来改变α相和β相的体积分数、尺寸大小以及形态分布。TC4钛合金的组织稳定，性能变化范围大，所以它具有良好的综合性能，可以满足不同的设计与使用要求，被广泛的应用在各种领域[1-4]。

TC4钛合金具有较高的强度和硬度变形抗力大等特点，因此传统的减材加工，在加工TC4钛合金时操作较为复杂，对刀具强度要求较高。增加加工时间，同时在加工过程长产生切削废料浪费材料。因此本文采用激光增材制造的方法来成型TC4钛合金[5，6]。激光增材制造俗称3D打印，其通过计算机将零件的三维模型进行分层处理，逐层打印，可以成型复杂结构及薄壁类零部件。采用激光增材制造技术加工零部件，缩短了加工时间，节约材料成本[7，8]。

TC4钛合金作为典型的双相钛合金，可以通过热处理的方法来改变其α相和β相的体积分数，进而影响其力学性能[9]。本文通过改变固溶温度，来探究不同固溶温度对激光增材制造TC4钛合金拉伸性能的影响。

一、实验方法

合金原料采用预合金粉末，粉末粒度为50～270 μm其显微形貌如图1所示，从图片可粉末具有较好的球形度，表面光滑在成型过程中可以有效的反射激光，减少缺陷。

本文采用LDM800同轴送粉式金属增材制造设备进行样品制备，样品尺寸为，样品如图2所示，成型方式为激光同轴送粉成型。主要成型参数如表1所示激光功率1800W，扫描速度10m/s。激光扫描方式见图2。试样成分如表2所示

二、结果与讨论

如图4（a）所示为固溶热处理后激光增材制造TC4钛合金的抗拉强度，从图中可以看出随着固溶温度增加，TC4钛合金的抗拉强度先升高在降低。图4（b）为固溶热处理后激光增材制造TC4钛合金的断后延伸率，从图中可以看出随着固溶温度的增加，TC4钛合金的断后收缩率先升高在下降，在900℃时其延伸率最大。

表3为固溶热处理后激光增材制造TC4钛合金的拉伸性能，从表中可以看出原始态TC4钛合金其抗拉强度为848Mpa，随着固溶温度的增加，当固溶温度为980℃时，其抗拉强度为971Mpa，当固溶温度为1020℃时，其抗拉强度为956.5Mpa，与980℃相比固溶温度为1020℃时的抗拉强度略有降低。整体来看经固溶热处理后的激光增材制造TC4钛合金其强度增加。当固溶溫度增加至900摄氏度时，断后延伸率为22%。由原始态到900℃固溶热处理，TC4钛合金的断后收缩率呈上升趋势。900℃以后随着固溶温度继续增加，激光增材制造TC4钛合金的断后收缩率快速降低。

综合以上分析结果，当固溶温度为940℃时，激光增材制造TC4钛合金的拉伸性能最优。

结论

经固溶热处理后的激光增材制造TC4钛合金，其强度随着固溶温度的增加，先升高在降低。当固溶温度为980℃时其强度达到最高。其断后延伸率随着固溶温度的增加，先升高在降低，当固溶温度为900摄氏度时其断后延伸率最高，此后开始下降，综合考虑当固溶温度为940℃时，激光增材制造TC4钛合金的拉伸性能最优。

参考文献：

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作者简介：姜沐池（1995—）男，汉族，籍贯：辽宁省宽甸满族自治县，材料技工工程专业，研究方向为凝固成型与控制技术，钛合金增材制造

（沈阳理工大学 辽宁沈阳 110159）