近年來，由于鈦合金的優(yōu)良特性，如高比強(qiáng)度、耐腐蝕性和生物相容性，使其在航空航天、醫(yī)療、海 洋等領(lǐng)域得到了快速發(fā)展［1］。增材制造（ａｄｄｉTiｖｅｍａｎｕｆａｃ⁃ｔｕｒｉｎｇ，ＡＭ）技術(shù) 憑借著特有的全數(shù)字化、凝固速度快和近凈成形復(fù)雜零部件的獨特優(yōu)勢，為金屬基材料的制備提供一種極 具潛力的新方法［2，3］。隨著定制化需求的不斷增加，推動了增材制造的快速發(fā)展，同時也為其迎來 了新的發(fā)展機(jī)遇。增材制造目前主要用于制備鋼、鈦合金、高熵合金、復(fù)合材料和形狀記憶合金等材料 ［4-9］。在快速成型和小批量生產(chǎn)方面，與傳統(tǒng)的減材制造方法相比，增材制造技術(shù)能夠創(chuàng)造更大的經(jīng) 濟(jì)效益。通過增材制造技術(shù)制備鈦合金的成本較低，而且能夠設(shè)計自由，制造出用戶定義的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這 是很難通過其他傳統(tǒng)制造方法生產(chǎn)的［10，11］。

為梳理近年來本領(lǐng)域的相關(guān)研究現(xiàn)狀，為相關(guān)從業(yè)人員提供技術(shù)參考，本研究綜述了增材制造鈦合金 組織及性能的研究進(jìn)展，從力學(xué)性能、疲勞性能、高溫氧化性能、摩擦磨損性能以及生物相容性幾個角度 進(jìn)行了梳理，總結(jié)了合金化和熱處理對增材制造鈦合金組織及性能影響。

1、研究進(jìn)展

1.1　力學(xué)性能

Ｌｉ等［12］為了減少電弧熱輸入并細(xì)化柱狀晶粒，采用熱絲電弧增材快速成型制備了4個Ti-6.5Al-3.5Ｍｏ-1.5Zr-0.3Si樣品。研究發(fā)現(xiàn)，粗大的柱狀晶粒得到了極大的細(xì)化，最終得到了由等軸晶 粒和短柱狀晶粒組成的組織。同時，α-板條的寬度也得到了細(xì)化。力學(xué)性能與晶粒變化相一致，各向 異性幾乎消失。而且，可以通過熱絲電弧增材制造獲得具有優(yōu)異綜合力學(xué)性能的零件。

張明朗等［13］研究了增材制造TA15鈦合金直壁構(gòu)件不同區(qū)域的組織特征及拉伸性能。由圖1可 以看出，受熱輸入、熱循環(huán)及冷卻速度的影響，構(gòu)件不同區(qū)域組織存在明顯差別，主要有針、片狀α、針 狀馬氏體α′、網(wǎng)籃組織、魏氏組織及大等軸原始β晶。中、下層存在短棒狀α，為初生α。垂 直于焊縫方向與平行于焊縫方向的拉伸性能不同，存在明顯各向異性。

王繼航等［14］研究了預(yù)埋缺陷的尺寸、位置對激光選區(qū)熔化（ｓｅｌｅｃTiｖｅｌａｓｅｒｍｅ ｌTiｎｇ，SLM）技術(shù)制備含人工設(shè)計缺陷的TC4鈦合金室溫拉伸性能的影響。研究結(jié)果顯示，由 于ＳＬＭ成形過程人工植入缺陷內(nèi)包含的合金粉末無法排出，熱處理后在孔洞缺陷表面燒結(jié)，導(dǎo)致缺陷 實際尺寸較設(shè)計尺寸略小。當(dāng)預(yù)埋缺陷直徑小于0.7mm時，對合金抗拉強(qiáng)度幾乎不產(chǎn)生影響，試樣斷裂 均發(fā)生在非預(yù)埋缺陷區(qū)；當(dāng)預(yù)埋缺陷直徑超過0.7mm后，抗拉強(qiáng)度隨缺陷尺寸增大顯著降低，試樣斷裂 均發(fā)生在預(yù)埋缺陷區(qū)。合金延伸率受缺陷的影響較為顯著，隨著缺陷尺寸的增大，延伸率整體呈現(xiàn)逐漸 降低的趨勢，當(dāng)缺陷尺寸超過0.7mm后，延伸率急劇降低，缺陷尺寸超過0.9mm后，延伸率在2％～4 ％范圍內(nèi)波動。

Ｎａｄａmmａｌ等［15］采用4種不同的能量密度制備了新型骨科β鈦合金Ti-35Nb-7Zr- 5TA。研究發(fā)現(xiàn)，所有條件制備的試樣理論密度均大于98.5％。在較高的能量密度輸入下，缺陷越小 ，密度越高。在最高的能量密度輸入下觀察到細(xì)胞到柱狀樹枝晶的轉(zhuǎn)變，同時凝固的晶粒尺寸增加，表 明溫度梯度和凝固增長率的協(xié)同效應(yīng)。密度測量表明，能量密度為50.0J/mm³時達(dá)到了 約99.5％的理論密度。能量密度為54.8J/mm³時，通過形成柱狀樹枝狀的亞結(jié)構(gòu)，獲得 了最大的拉伸強(qiáng)度約660MPa，所有制造的部件均呈現(xiàn)25％～30％的高延展性。

方遠(yuǎn)志等［16］借鑒激光擺動焊接技術(shù)，提出一種激光擺動送粉增材制造TC4鈦合金工藝，借助激 光原位擺動改變?nèi)鄢剡\動軌跡進(jìn)而影響溫度梯度和凝固速率，改善增材制造鈦合金的微觀組織，研究了激 光擺動送粉增材制造工藝對TC4鈦合金微觀組織演變及力學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，無擺動激光熔化沉 積實驗的最佳工藝參數(shù)為：激光功率1000Ｗ，掃描速率8mm/s，送粉速率6.92g/min；直 線型激光擺動的最佳工藝參數(shù)為：擺動頻率200Hz，擺動幅度1.5mm。

直線型激光擺動對熔池形貌改善顯著，氣孔和裂紋等缺陷較少，柱狀晶數(shù)量和尺寸均有所減小，并且 晶粒出現(xiàn)了等軸化的現(xiàn)象。相比無擺動樣品，激光擺動后Ti-6Al-4V合金單道區(qū)域平均晶粒尺寸從 5.20μｍ減小到4.37μｍ，硬度從418.00ＨＶ提升到428.75ＨＶ。

以上研究表明，對于增材制造鈦合金力學(xué)性能的研究首先要集中在顯微組織上。由力學(xué)性能的變化 趨勢可以反映出內(nèi)部組織的變化規(guī)律。

1.2　疲勞性能

池維乾等［17］采用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞測試（ｆ＝50Hz，R＝-1）與超聲頻率（20kHz）疲 勞測試研究了選區(qū)激光熔化技術(shù)制造的Ti-6Al-4V合金超高周疲勞行為。

研究結(jié)果表明，經(jīng)熱等靜壓處理的增材制造Ti-6Al-4V合金與鍛造的Ti-6Al-4V合金疲勞性能 相當(dāng)，且不同加載方式對超高周疲勞范疇內(nèi)疲勞性能影響顯著。在旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗下，疲勞裂紋從試 樣表面開始萌生，而對于超聲疲勞測試，存在試樣表面和內(nèi)部的裂紋萌生，且超高周疲勞裂紋趨于在試樣 內(nèi)部萌生，并且疲勞斷口呈現(xiàn)“魚眼”形貌特征。對斷裂面裂紋萌生處的細(xì)晶區(qū)（FGA）進(jìn)行電子背 散射衍射與透射電子顯微鏡觀測。結(jié)果表明，增材制造Ti-6Al-4V合金超高周疲勞裂紋萌生與早期 擴(kuò)展

區(qū)域存在不連續(xù)的細(xì)小晶粒區(qū)域，是由位錯相互作用導(dǎo)致晶粒細(xì)化進(jìn)而形成微裂紋以及形成于α相 、晶界等的微裂紋共同作用所致。

高一峰等［18］研究了退火態(tài)TA15合金的疲勞性能與疲勞斷裂失效行為。結(jié)果表明，退火態(tài)Ｔ Ａ15合金的軋向和縱向組織均以α/β片層交疊形成的網(wǎng)籃組織為主，局部存在等軸晶粒分布。通 過對Ｓ-Ｎ曲線進(jìn)行擬合，TA15鈦合金疲勞極限為311MPa。試樣斷口包含疲勞裂紋源區(qū)、疲勞裂紋擴(kuò) 展區(qū)和瞬斷區(qū)。裂紋均從表面萌生，同時裂紋擴(kuò)展區(qū)存在大量的疲勞輝紋和二次裂紋，瞬斷區(qū)由等軸狀 的韌窩構(gòu)成，呈現(xiàn)典型的準(zhǔn)解理斷裂特征。在低循環(huán)應(yīng)力下，裂紋主要穿過或沿著α／β片層組織 進(jìn)行擴(kuò)展，裂紋擴(kuò)展路徑較長；在高循環(huán)應(yīng)力下，裂紋開始沿著原始β晶界擴(kuò)展，二次裂紋擴(kuò)展路徑較 短但數(shù)量較多。疲勞裂紋容易沿著組織中相對薄弱的位置進(jìn)行擴(kuò)展，并且二次裂紋周圍有裂紋分支生成。

黃興等［19］選取絲材電弧增材制造TC4鈦合金進(jìn)行試驗，建立了疲勞裂紋萌生壽命有限元預(yù)測模 型，通過與實驗結(jié)果對比，驗證了該模型在預(yù)測TC4鈦合金疲勞裂紋萌生壽命方面的可行性。試驗結(jié)果 表明，增材制造TC4鈦合金的彈性模量、抗拉強(qiáng)度、泊松比與TC4鈦合金鍛件相近，但疲勞性能與傳 統(tǒng)TC4鍛件相差甚遠(yuǎn)，建立的疲勞裂紋萌生壽命預(yù)測模型結(jié)果與試驗結(jié)果誤差小于40％，具有一定的 參考意義。Ｋｏｎｄａ等［20］采用K-近鄰算法（ｋ-ｎｅａｒｅｓｔｎｅｉｇｈｂｏｒｓ， ＫＮＮ ）、決策樹（ｄｅｃｉSiｏｎｔｒｅｅ，ＤＴ）、隨機(jī)森林（ｒａｎｄｏｍｆｏｒｅｓｔ，ＲＦ）和 極端梯度提升（ｅＸｔｒｅｍｅｇｒａｄｉｅｎｔｂｏｏｓTiｎｇ，ＸＧＢ）算法等四種機(jī)器 學(xué)習(xí)（ｍａｃｈｉｎｅｌｅａｒｎｉｎｇ，ＭＬ）算法來分析Ti64合金的疲勞裂紋擴(kuò)展速率（ｆａTi ｇｕｅｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈｒａｔｅ，ＦＣＧＲ）。在調(diào)整了這些算法的超參數(shù)后，發(fā)現(xiàn)訓(xùn)練過 的模型對未見過數(shù)據(jù)的估計與訓(xùn)練過的數(shù)據(jù)一樣好。在訓(xùn)練和測試階段，根據(jù)其平均平方誤差和Ｒ2， 對4個測試的ＭＬ模型進(jìn)行了相互比較。與其他模型相比，由于ＸＧＢ算法具有最小的均平方誤差和 更高的Ｒ2，因此在ＦＣＧＲ預(yù)測中更準(zhǔn)確。Ｓｙｅｄ等［21］研究了單程、平行程和振蕩沉積三種 增材制造方式對Ti-6Al-4V的疲勞裂紋生長行為的影響。研究結(jié)果顯示，由于較高的局部熱輸入， 與單程和平行程方式相比，振蕩沉積表現(xiàn)出明顯較粗的柱狀β晶粒結(jié)構(gòu)以及較粗的轉(zhuǎn)化微觀結(jié)構(gòu)。在 三種制造方法中，振蕩沉積的裂紋生長率最低。裂紋大致介于再結(jié)晶α（軋制退火）和β退火的鍛 造材料之間。

當(dāng)裂紋垂直于沉積層傳播時，疲勞裂紋的增長速度較低。在提到的三種增材制造工藝中，在較低的應(yīng) 力強(qiáng)度系數(shù)范圍內(nèi)（＜25MPa·ｍ^1/2），微觀結(jié)構(gòu)對裂紋生長速度的影響更大。

綜上所述，目前對于鈦合金疲勞性能的研究主要是試驗和模擬兩方面。進(jìn)行模擬能夠在最大程度上 避免未知缺陷，提高材料性能研究的效率。

1.3　高溫氧化性能

高溫氧化性能是鈦合金在航空航天發(fā)動機(jī)應(yīng)用上最為重要的性能，直接決定著服役的安全性。張利 等［22］介紹了耐熱鈦合金和增材制造鈦合金抗氧化性能的研究現(xiàn)狀，以及近年來對提高鈦合金抗高溫氧 化性能的合金化和表面改性等技術(shù)手段的研究進(jìn)展。

展望了進(jìn)一步改善采用增材制造技術(shù)制備的鈦合金抗高溫氧化性能的研究方向。ＦＵ等［23］用電 弧增材制造法生產(chǎn)的Ti6Ａｌ7Nb合金在800℃下被氧化，以確定由熱影響帶（ｈｅ ａｔａｆｆｅｃｔｅｄｂａｎｄｓ，ＨＡＢｓ）引起的氧化差異。氧化動力學(xué)證明，與非ＨＡＢｓ區(qū) 相比，具有緊密β板條的ＨＡＢｓ具有更強(qiáng)的抗氧化性。β相中富含的Nb元素促進(jìn)了Ti3Ａｌ 在氧化后在β板條的原始位置析出，與β板條的間距相似。緊湊的Ti3Ａｌ在ＨＡＢｓ上的形成有 利于抑制氧氣在氧化層／基體界面上的擴(kuò)散。

航空發(fā)動機(jī)在服役過程中需要長時間承受高溫，因此，鈦合金的高溫氧化性能是研究的重點，下一步 應(yīng)該重點研發(fā)抗高溫氧化性能的鈦合金。

1.4　摩擦磨損性能

Ｓｕ等［24］對Ti-6Al-4V合金進(jìn)行了直接時效和固溶時效處理，以提高其摩擦性能。在正 常載荷（2.5～40Ｎ）和滑動速度（50～800ｒｐｍ）范圍內(nèi)，采用干式滑動磨損試驗來研究其綜合 磨損行為。結(jié)果表明，形成了高密度的Ti3Ａｌ沉淀物，并且在固溶處理過程中發(fā)生了α′→α＋β 的分解。磨損形態(tài)和磨損機(jī)制在很大程度上取決于微觀結(jié)構(gòu)特征、外加載荷和滑動速度。Ｍａｎｔｒｉ 等［25］研究了硼對增材制造鈦合金硬度和磨損性能的影響。結(jié)果顯示，ＴＮＺ（成分為Ti-13Nb- 13Zr）試樣的整體硬度值為325ＨＶ，略高于文獻(xiàn)。造成這種現(xiàn)象的原因是在制作試樣時采用了激光工程 化凈成形（ｌａｓｅｒ-ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｎｅｔｓｈａｐｉｎｇ，ＬＥＮＳ）打印技術(shù)，從而產(chǎn) 生了細(xì)晶粒和殘余應(yīng)力。在ＴＮＺ中加入硼后，ＴＮＺ-Ｂ的硬度值增加到450ＨＶ。硬度值的增加 歸因于原位TiＢ沉淀的形成。此外，與ＴＮＺ合金相比，ＴＮＺ-Ｂ的磨損率由于硬度的增加而降 低，硬度增加是由于TiＢ的形成以及α沉淀體積分?jǐn)?shù)和形態(tài)的變化。

圖2（ａ）（ｂ）為兩種試樣的磨痕，圖2（ｃ）（ｄ）為三維掃描白光干涉儀（3Ｄｓｃａｎｎｉ ｎｇｗｈｉｔｅｌｉｇｈｔｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ，ＳＷＬＩ）圖像。由圖可以看出，在添加 硼以后，磨損深度明顯減小，磨損面也變得更加平整，表明硼的加入顯著提高了耐磨性。

1.5　生物相容性

鈦合金的生物相容性是作為人體植入材料需要考察的一項重要內(nèi)容，生物材料表面在局部條件下的電 化學(xué)行為是影響植入成功與否的重要因素。Ａｙｄｉｎ等［26］研究了增材制造鈦合金在模擬正常、炎癥 和嚴(yán)重炎癥條件的三種不同介質(zhì)中浸泡1ｈ和12ｈ后的電化學(xué)行為。極化研究表明，在所有情況下 ，耐腐蝕性都會隨著浸泡時間的延長而增加。研究發(fā)現(xiàn)，在炎癥條件下，Ｈ2Ｏ2會對被動層的電阻產(chǎn)生 破壞作用，而在嚴(yán)重炎癥條件下，白蛋白、乳酸鹽和Ｈ₂Ｏ₂都會協(xié)同降低鈦層 的耐腐蝕性。電化學(xué)阻抗數(shù)據(jù)表明，在嚴(yán)重炎癥條件下，帶電的白蛋白會吸引到局部點蝕區(qū)域，從而改 變腐蝕性物質(zhì)在金屬／被動層界面的擴(kuò)散傳輸。

電化學(xué)測試還證明，與未經(jīng)處理的相同成分的鈦相比，增材制造鈦合金表面在模擬溶液中的耐腐蝕性 更好。研究表明，新的表面形貌和潤濕性也是增材制造鈦合金試樣腐蝕性能得到改善的積極因素。圖3 為增材制造商業(yè)純鈦（ＣＰ-Ti）和Ti-6Al-4V在模擬介質(zhì)中浸泡1ｈ和12ｈ后的開 路電位（ｏｐｅｎｃｉｒｃｕｉｔｐｏ⁃ｔｅｎTiａｌ，OCP）。由圖可以看出，在模擬炎癥和嚴(yán)重炎 癥環(huán)境中，OCP值向電位正方向移動，可能是Ｈ₂Ｏ₂分解為Ｈ₂和Ｏ₂， 從而在緩慢的氧還原反應(yīng)中起到了額外的陰極反應(yīng)的作用。早期的研究表明，炎癥溶液中的正OCP 值可歸因于氧化中間產(chǎn)物（如ＨＯ₂和ＨＯ）吸附到鈦基材料的膜上。在嚴(yán)重炎癥條件下， 向炎癥溶液（Ｈ2Ｏ2＋ＰＢＳ）中添加ＢＳＡ和ＣＬＨ會降低OCP值。

Ｎｉｋｏｌａｅｖａ等［27］根據(jù)銅的添加量，研究了增材制造鈦合金對金黃色葡萄球菌和白色念 珠菌的抗菌活性。結(jié)果表明，將材料中的銅含量提高到9.7％，可使含銅基質(zhì)上的細(xì)菌數(shù)量減少99％。 這種基底抗菌活性的增強(qiáng)是由于Ti6Ａｌ4／Ｃｕ合金釋放出銅離子。

范東陽［28］通過選擇性激光熔化（ＳＬＭ）技術(shù)制造了一種新型梯度含銅鈦合金（TC4-5Ｃｕ ／TC4），研究了其對變形鏈球菌的抗菌作用。結(jié)果表明，銅元素在TC4-5Ｃｕ／TC4合金表面 80μｍ范圍內(nèi)均勻分布，同時兩合金的親水性和粗糙度基本相同。TC4-5Ｃｕ／TC4合金的Ｃｕ^2＋釋放濃度（第28天的釋放濃度約為（18.73±0.87）μｇ／Ｌ）低于離子的最小抑 制濃度ＭＩＣ（28ｐｐｍ）及最小殺菌濃度ＭＢＣ（56ｐｐｍ），這與該合金對浮游細(xì)菌缺乏抗菌作 用的結(jié)果一致

。相反，TC4-5Ｃｕ／TC4合金對附著菌具有顯著的殺菌效果（抗菌率約為74.93％±5.32％ ）、抑制生物膜能力（抗生物膜率約為63.58％±1.54％）和下調(diào)相關(guān)基因表達(dá)的作用。

2、不同處理方式對增材制造鈦合金組織及性能影響

2.1　添加合金元素

劉晏碩等［29］通過增材制造技術(shù)制備了TC4與TC4＋Nb沉積態(tài)樣件，研究了Nb對TC4 沉積態(tài)顯微組織、相組成及力學(xué)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，TC4與TC4＋Nb沉積態(tài)的組織均由大 量α-Ti及少量β-Ti構(gòu)成。隨著Nb含量從0增加到8％，TC4沉積態(tài)的原始β-Ti和初生 針狀α-Ti平均晶粒尺寸逐漸減小，初生針狀α-Ti尺寸減小了67.4％；同時網(wǎng)籃組織得到細(xì)化，β相含量明顯增加。添加Nb能夠顯著提高Ｔ Ｃ4沉積態(tài)樣件的拉伸性能，TC4＋6％Nb沉積態(tài)樣件拉伸性能最優(yōu)，滿足鍛件標(biāo)準(zhǔn)要求。

左新德等［30］研究了TA添加對ＮｉTi合金的微觀組織、相變行為、力學(xué)性能以及抗腐蝕能力的 影響。

結(jié)果表明，與ＮｉTi合金相比，ＮｉTiTA合金的晶粒顯著細(xì)化，析出相由ＮｉTi合金中的Ｎｉ 3Ti轉(zhuǎn)變?yōu)椋危椋═i，TA）2。此外，其相變溫度顯著提高，這導(dǎo)致了室溫下的組織由完全奧氏體相 （Ｂ2）轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體（Ｂ2）和馬氏體（Ｂ19’）的混合相。拉伸試驗結(jié)果表明，ＮｉTiTA合金試 樣相較于ＮｉTi合金試樣的抗拉強(qiáng)度提升了9.5％，但延伸率下降了6.8％。極化曲線結(jié) 果表明Ｎｉ⁃TiTA合金具有更高的自腐蝕電位和更小的腐蝕電流密度，抗腐蝕能力顯著提升。Ｙａｎｇ 等［31］研究了0～5％的Si對Ti-35Nb-5TA-7Zr合金強(qiáng)度和耐磨性的影響。結(jié)果表明，微觀 結(jié)構(gòu)是由粗柱狀晶粒組成的。隨著硅含量的增加，等軸晶粒逐漸減小，β晶粒的形態(tài)發(fā)生了很大變化。 從圖4中可以看出，ＴＮＴＺ-5Si的微觀結(jié)構(gòu)由細(xì)小的等軸β晶粒組成和細(xì)長的β晶粒組成。Si的加 入能顯著提高屈服強(qiáng)度，這主要是由于晶粒細(xì)化強(qiáng)化所致。與此同時，在ＳＢＦ（Siｍｕｌａｔｅｄ ｂｏｄｙｆｌｕｉｄ）溶液中，ＴＮＴＺ-5Si合金的磨損率僅為Ti-6Al-4V合金的約30％。綜上 ，鈦合金在添加Ｎｄ、TA和Si合金元素后，的確起到了細(xì)化晶粒提高性能的作用，在實際應(yīng)用時應(yīng)該 根據(jù)使用范圍和服役條件具體分析。

2.2　熱處理

Ｗａｎｇ等［32］采用激光定向能沉積（ＬＤＥＤ）技術(shù)，制備了一種具有新成分的α＋β鈦合 金，并研究了950℃／1ｈ／空冷＋530℃／6ｈ／空冷退火對組織的影響。

圖5中（ａ）（ｂ）為沉積狀態(tài)微觀結(jié)構(gòu)，（ｃ）（ｄ）（ｅ）為熱處理狀態(tài)的微觀結(jié)構(gòu)，（ｆ）為 αｐ纖維根形態(tài)演變的橫截面示意圖。沉積后的新α＋β鈦合金呈現(xiàn)出近等軸的先β晶粒和超細(xì)網(wǎng) 籃微觀結(jié)構(gòu)，其中α板條的厚度為（0.4±0.1）μｍ。通過宏觀擴(kuò)散形成了厚度為（1.4±0.2）μｍ 的初級α（αｐ）纖維根形態(tài)，這種特殊形態(tài)是延展性得以改善的主要原因。借助這種特殊形貌和細(xì) 小次生α（αｓ）的成核，極限抗拉強(qiáng)度（ＵＴＳ）和延展性可達(dá)到（1247±3）ＭＰａ和（9.2±0.2 ）％。

張國棟等［33］分析了不同熱處理狀態(tài)的增材制造TC11鈦合金微觀組織和室／高溫拉伸性能及其各 向異性。結(jié)果表明，沉積態(tài)微觀組織為沿＜001＞β方向生長的柱狀晶。晶界存在連續(xù)α相，晶體內(nèi) 部由集束和網(wǎng)籃α相組成的片層組織。經(jīng)950℃／2ｈ／空冷＋530℃／6ｈ／空冷的熱處 理后晶界連續(xù)α相破碎，晶內(nèi)α相寬度從1.1μｍ增加至1.8μｍ，并形成具有二次α相的雙片層 組織。沉積態(tài)室溫及500℃高溫拉伸性能均具有明顯的各向異性。經(jīng)過熱處理后室／高溫拉伸性能 均獲得改善并高于鍛件要求且各向異性明顯降低。與沉積態(tài)相比，熱處理態(tài)室溫抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率 各向異性分別從4.4％和27.1％降低至1.6％和5.4％。柱狀晶及其晶界連續(xù)α相是引起塑性各向異性 的原因。

劉祥宇等［34］研究了不同固溶溫度對高功率增材制造TA15的物相組成、微觀組織以及力學(xué)性能各 向異性的影響規(guī)律。結(jié)果表明，平行增材方向上的組織主要體現(xiàn)為外延生長的柱狀晶，垂直于增材方向 的組織則為等軸晶。并且隨著固溶溫度的下降，柱狀晶與等軸晶的尺寸明顯減小。在850℃ ／2ｈ／風(fēng)冷＋650℃／3ｈ／空冷的熱處理條件下，具有更高的抗拉強(qiáng)度（橫向1017.8 MPa，縱向991.9MPa）與屈服強(qiáng)度（橫向929.9MPa，縱向893.1MPa）；在950℃／2ｈ／風(fēng) 冷＋650℃／3ｈ／空冷的熱處理條件下，具有更優(yōu)的伸長率（橫向16.7％，縱向17.2％）與斷面 收縮率（橫向32.7％，縱向43.7％）；隨著固溶溫度的提升，TA15拉伸性能的各向異性降低。

張穎等［35］研究了雙重退火工藝（890℃×1ｈ／ＦＣ＋750℃×2ｈ／ＡＣ，570℃×4 ｈ／ＡＣ）對激光增材沉積和修復(fù)兩種狀態(tài)的TC18鈦合金的組織和力學(xué)性能的影響，并與原始鍛件 TC18鈦合金進(jìn)行比較。結(jié)果表明，激光增材修復(fù)試樣微觀組織為典型的類鑄態(tài)組織，主要由層狀β 晶粒組成。激光增材修復(fù)試樣經(jīng)雙重退火后為魏氏組織，原始β晶界仍清晰可見，晶內(nèi)分布著交錯的 （α＋β）集束。經(jīng)雙重退火后，激光增材沉積試樣強(qiáng)度低于鍛件，塑性高于鍛件，激光增材修復(fù)試樣的 性能介于兩者之間，其沖擊性能比鍛件的沖擊性能高約60％。激光增材沉積、激光增材修復(fù)兩種狀態(tài)經(jīng)退 火熱處理后力學(xué)性能都能達(dá)到TC18鍛件規(guī)定值。

陳素明等［36］研究了退火工藝參數(shù)對增材制造TC18鈦合金力學(xué)性能和組織的影響。結(jié)果表明， 增材制造TC18鈦合金試塊宏觀形貌平整，表面沒有裂紋等缺陷，表面呈均勻的銀白色。試樣經(jīng)600 ℃退火保溫2ｈ后的各項力學(xué)性能均滿足ＧＪＢ2744Ａ-2007指標(biāo)要求，其規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度為1 036MPa，抗拉強(qiáng)度為1084MPa，斷后伸長率為9.8％，斷面收縮率為30％。增材制造TC18鈦合金 的組織為典型的柱狀晶組織，粗大的β相柱狀晶粒內(nèi)為細(xì)長的針狀α相及編織細(xì)密的α＋β相板條 組織，隨著退火溫度的升高，β相柱狀晶內(nèi)的針狀α相逐漸粗化。

綜上所述，利用熱處理工藝對鈦合金進(jìn)行處理已經(jīng)成為一種簡單高效的途徑，通過改變相應(yīng)的工藝即 可獲得性能優(yōu)異的鈦合金材料。

3、結(jié)束語

隨著個性化需求的不斷提高，增材制造技術(shù)也迎來了不錯的發(fā)展前景，但目前對增材制造技術(shù)的研究 還不系統(tǒng)。本研究總結(jié)了近年來增材制造鈦合金研究取得的研究成果，從力學(xué)性能、疲勞性能、高溫氧化 性能、摩擦磨損性能和生物相容性角度對性能的研究進(jìn)行歸類總結(jié)，介紹了添加合金元素和進(jìn)行熱處理對 鈦合金組織及性能的影響。可以看出，通過不同的處理手段均取得了一定的研究進(jìn)展，得到了組織細(xì)化、 性能強(qiáng)化的研究機(jī)理，下一步應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)這方面的研究，不斷推進(jìn)工程實際的應(yīng)用。

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